基于FPGA的高速串行傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

圖4 操作時序

當(dāng)S_LOAD置為低且nP_LOAD置為高之后，數(shù)據(jù)在S_CLOCK的上升沿處寄存在緩沖器中，在S_LOAD的下降沿處將數(shù)據(jù)鎖存到寄存器M，N中。

由于AURORA光纖通信的輸出時鐘頻率設(shè)定的是125 MHz，結(jié)合硬件電路的設(shè)計，硬件晶振的頻率為20 MHz，因此選擇M值為000011001(25)，N的值為10(4)，故時鐘芯片的時鐘輸出頻率為：

時鐘控制模塊的實(shí)測時鐘信號如圖5所示。

圖5 實(shí)測時鐘信號

圖5是用Chipscope在線邏輯分析儀得到的波形，由于Chipscope在線邏輯分析儀的觸發(fā)時鐘是100 MHz，因此在抓取125 MHz的時鐘信號時，在圖上顯示的時鐘信號占空比不定，若將時鐘芯片產(chǎn)生的時鐘頻率降低，則此現(xiàn)象消失。

2．2 AURORA發(fā)送模塊

在生成AURORA IP CORE時，同時生成了一個基于AURORA協(xié)議的例示程序。因此，要實(shí)現(xiàn)基于AURORA協(xié)議的光纖通信，在發(fā)送端只需要在frame_gen_i模塊將要發(fā)送的數(shù)據(jù)打包，然后通過AURORA模塊發(fā)送出去。因此該模塊著重介紹如何將上一級傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包壓縮，形成適合AURORA協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，通過AURORA協(xié)議發(fā)送到接收端。圖6為frame_gen_i模塊的RTL級模型圖。

圖6 frame_gen_i模塊的RTL級模型圖

考慮到上一級傳輸數(shù)據(jù)速率可能會與AURORA傳輸?shù)臅r鐘頻率不同，因此在發(fā)送端建立一個FIFO來做緩沖器。并且AURORA協(xié)議的發(fā)送時序圖如圖7所示?？梢钥闯觯琓X_SOF_N為數(shù)據(jù)包幀的開始標(biāo)志，TX_EOF_N為數(shù)據(jù)包幀的結(jié)束．標(biāo)志，TX_REM[0：r(n)]記錄最后的傳輸數(shù)據(jù)的線程，TX_SRC_RDY_N為低代表數(shù)據(jù)有效，TX_DST_RDY_N為低代表準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)，TX_D[0：(8n-1)]是此模塊的輸出數(shù)據(jù)。以上信息是AURORA協(xié)議的發(fā)送時序，在使用FIFO做緩沖時也應(yīng)該遵循這樣的協(xié)議。

圖7 AURORA協(xié)議發(fā)送時序圖

發(fā)送端的FIFO模塊分別包括FIFO的復(fù)位信號、FIFO空、FIFO滿、以及讀／寫時鐘、使能和數(shù)據(jù)信號線。因此應(yīng)該根據(jù)FIFO的標(biāo)志位empty和full來產(chǎn)生AURORA的發(fā)送時序，參考模型如圖8所示：當(dāng)RESET信號到來之時，首先將S0置為高電平，將S1置為低電平，同時根據(jù)FULL和EM-PTY的狀態(tài)確定接下來的S0和S1的狀態(tài)，進(jìn)而根據(jù)以上邏輯關(guān)系得到TX_SOF_N，TX_EOF_N，TX_SRC_RDY_N等邏輯信號，并且根據(jù)數(shù)據(jù)X_DST_RDY_N和TX_SRC_RDY_N生成FIFO的讀使能。由以上邏輯可以看出，只有在FULL為1，EMPTY為0時，F(xiàn)IFO的讀使能才能被打開。TX_SOF_N為數(shù)據(jù)包的幀頭標(biāo)志，TX_EOF_N為數(shù)據(jù)包的幀尾標(biāo)志，TX_STC_RDY_N為低時代表數(shù)據(jù)有效，TX_DST_RDY_N為輸入信號，根據(jù)此輸入信號確定FIFO的讀寫時序。

圖8 參考模型

對FIFO時序操作需要根據(jù)上述電路圖所產(chǎn)生。在上述電路圖中，有一個D觸發(fā)器，其RESET信號是復(fù)位信號，復(fù)位既是將觸發(fā)器輸出端口清零，即將S0置1，將S1置0。在之前的程序中誤將這里寫反，即RESET信號到來之后，將S0置0，S1置1。這樣導(dǎo)致的結(jié)果是在最開始輸入的一段數(shù)據(jù)丟失，之后的結(jié)果輸出正常。經(jīng)過仿真分析之后檢查出問題并已改正。

2．3 AURORA接收模塊

同樣在AURORA協(xié)議模塊中，要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收，只需在frame_check模塊中對接收的代碼加以修改，增加自己所需要的內(nèi)容，完成對數(shù)據(jù)的解碼提取，剔除冗余信息，并完成數(shù)據(jù)的緩存。