集成式比特誤碼率測試儀在FPGA中的應(yīng)用

隨著高速數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展，高速串行數(shù)據(jù)被廣泛使用，內(nèi)嵌高速串行接口的FPGA也得到大量應(yīng)用，相應(yīng)的高速串行信號質(zhì)量的測試也越來越頻繁和重要。通常用示波器觀察信號波形、眼圖、抖動來衡量信號的質(zhì)量，Xilinx提供的IBERT（Integrated Bit Error Ratio Tester）作為一種高速串行信號測試的輔助工具，使得測試更便捷，其具有不占用額外的I／O管腳和PCB空間、不破環(huán)接口信號的完整性、無干擾、使用簡單和價格低廉等特點(diǎn)。

　　1 IBERT簡介

　　IBERT是Xilinx提供用于調(diào)試FPGA芯片內(nèi)高速串行接口比特誤碼率性能的工具，具備實(shí)時調(diào)整高速串行接口的多種參數(shù)、與系統(tǒng)其他模塊通信及測量多通道誤比特率等功能，支持所有的高速串行標(biāo)準(zhǔn)，包括：PCI Express、RapidIO、千兆以太網(wǎng)、XAUI等。使用IBERT核測試，只需通過JTAG接口下載設(shè)計(jì)并測試硬件，無需額外的管教和接口；大幅縮減了高速串行接口測試場景的建立和調(diào)試時間，是高速串行接口開發(fā)中理想的調(diào)試工具。

　　文中所述使用方法基于Xilinx的工具CoreGenerator12．4和ChipScope Pro Analyzer12．4進(jìn)行描述，下面介紹使用IBERT的步驟，IBERT的操作分為兩個階段。

　　1．1 配置IBERT核，生成配置文件

　?。?）打開Core Generator12．4工具，新建設(shè)計(jì)工程，指定待測器件類型、封裝、速度等級，生成工程文件。在IP Catalog窗口＼View by Function＼DebugVerification＼Chipscope Pro＼下，雙擊IBERT，配置線速率、GTP位置和參考時鐘、系統(tǒng)時鐘等IBERT核參數(shù)，生成可JTAG加載的bit配置文件。與生成其他核不同，IBERT核不是插入到用戶的設(shè)計(jì)中去的ngc或edn文件，而是生成自身的bit配置文件。

　?。?）IBERT核和ILA核（Integrated Logic Analyzercore），也需要連接到ICON核（Integrated Controllercore）上，但其自身具備控制、監(jiān)控以及改變高速串行接口參數(shù)的邏輯，并能完成誤比特性能測試。需注意的是，IBERT核只能作為一個獨(dú)立的設(shè)計(jì)，不可在用戶設(shè)計(jì)中例化。不同系列芯片的IBERT核在Core Generator中的配置不同。

　　1．2 IBERT核的主要組件

　?。?）BERT（比特誤碼率測試）邏輯：BERT邏輯中例化了高速串行接口組件，并包括了測試模式發(fā)生器和檢查器。利用Comma和Comma檢測器，可提供從簡單的時鐘信號到完全的PRBS模式以及成幀計(jì)數(shù)模式?？僧a(chǎn)生各種PRBS數(shù)據(jù)作為高速串行發(fā)送器的數(shù)據(jù)源，可設(shè)置多種環(huán)回，由接收通道接收，對高速串行接收器的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行相同編碼的檢測，計(jì)算比特誤碼率。

　?。?）DRP（動態(tài)重配置端口）邏輯：每個高速串行接口均有一個動態(tài)重配置端口，因此每個收發(fā)器屬性都可在系統(tǒng)中改變。所有的屬性和DRP地址在IBERT核中均可讀可寫，且可獨(dú)立訪問。

　?。?）控制盒狀態(tài)邏輯：管理IBERT核的操作。

　　1．3 配置到FPGA中完成測試

　　測試時，建立JTAC連接，使用ChipScope Pro Analyze12．4下載bit配置文件。下載成功后，在New Project窗口會出現(xiàn)IBERT Console點(diǎn)擊即進(jìn)入Console Window，該窗口可以設(shè)置高速串行接口的參數(shù)，進(jìn)行開環(huán)或閉環(huán)的誤碼測試，同時提供高速串行接口參數(shù)的控制和監(jiān)視接口。Console Window有4個界面：MGT／BERT Settings、DRP Settings、Port Settings和Sweep Test Setting。下面分別介紹每個界面的功能。

　?。?）MGT／BERT Settings：MGT Settings部分可以設(shè)置擺幅、預(yù)加重、均衡以及接收采樣點(diǎn)的位置等參數(shù)，同時可設(shè)置開環(huán)或閉環(huán)的測試方式，測試進(jìn)行中可以顯示線速率和所測試的高速串行接口的鎖相環(huán)狀態(tài)。BERT Settings部分可以設(shè)置測試發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的編碼方式，并顯示測試的誤碼率結(jié)果。Clock Setting部分顯示收發(fā)線路的時鐘信息。

　　（2）DRP Settrags：可查看并設(shè)置高速串行接口的屬性。

　?。?）Port Settings：可查看并設(shè)置高速串行接口的接口狀態(tài)。

　?。?）Sweep Test Setting：本界面用于自動掃描測試，是IBERT提供的一項(xiàng)便利高效的測試方式，可設(shè)定發(fā)送和接收的可控制參數(shù)范圍，自動逐個地進(jìn)行遍歷性的誤碼測試，參數(shù)包括發(fā)送擺幅、預(yù)加重、接收均衡器、CDR采樣數(shù)據(jù)的位置等。用戶可設(shè)定每組參數(shù)重復(fù)測試次數(shù)以及測試時間，最后點(diǎn)擊Start即可進(jìn)行掃描測試。測試數(shù)據(jù)保存在．csv文件中。只能在近端環(huán)回和遠(yuǎn)端環(huán)回測試模式中使用。

　　2 實(shí)例說明

　　設(shè)計(jì)實(shí)例使用Xilinx公司Spatan6系列的xc6slx150t-3fgg676芯片，根據(jù)上述使用說明，下面具體說明使用IBERT進(jìn)行測試的過程。

　?。?）打開Xilinx ISE DesignSuite12．4／ISEDesignTools／Tools／Core Generator，新建工程，設(shè)置芯片信息如圖1所示，點(diǎn)擊確認(rèn)，生成核的工程文件。

在IP Catalog窗口＼View by Function＼DebugVerification＼Chipscope Pro＼下雙擊Ibert，如圖2所示。按順序設(shè)置Ibert核線速率2．457 6 Gbit·s-1，數(shù)據(jù)寬度20 bit，參考時鐘頻率122．88 MHz，選擇被測試的GTP DUAL，設(shè)置系統(tǒng)時鐘頻率66 m、位置R7等參數(shù)，IBE RT Core Summary如圖3所示，點(diǎn)擊generate生成Ibert核的可下載bit配置文件。