RocketIOTM GTP在串行高速接口中的位寬設計
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對于這個問題，Xilinx提供了非對稱的異步FIFO，但這樣又會造成較大的延時，同時無法避免圖4所示的DW組合轉(zhuǎn)換不當?shù)膯栴}。這樣就使得FIF0的控制邏輯比較復雜，而數(shù)據(jù)的延時又較大，又會致使性能下降，有些得不償失，也不符合SATA2．0的高速低延遲要求。
為了降低延時，同時簡化邏輯，筆者設計了一個滑動窗口位寬轉(zhuǎn)換器，其中滑動窗口的作用就在于尋找到正確的DW邊界，避免不當?shù)腄W組合轉(zhuǎn)換。150 MHz時鐘和75 MHz時鐘的相位一致是這種轉(zhuǎn)換穩(wěn)定進行的保障，而xilinx Virtex-5xc5vlx50t FPGA恰恰通過DCM提供了這樣兩個穩(wěn)定時鐘，因此，這兩個時鐘必須接到DCM響應頻率的輸出。
利用3個18bit寄存器可以組成一個右移的寄存器組，輸入按[rxcharisk，rxdata]的形式組合成18 bit輸入數(shù)據(jù)。在位寬轉(zhuǎn)換開始后，通過判別中間寄存器的最高2 bit rxcharisk是否為2’bOl可判別DW的邊界，并選擇輸出數(shù)據(jù)來自哪個窗口。如果75 MHz時鐘有效沿檢測到中間寄存器最高2 bit rxcharisk是2’b01，則輸出reg2和regl重組后的36 bit數(shù)據(jù)。否則，就會輸出regl和reg0重組后的36 bit數(shù)據(jù)。但由于150 MHz時鐘和75 MHz時鐘存在著有效沿不一致的情況(即150 MHz時鐘的上升沿可能對應著75 MHz時鐘的下降沿)，75MHz時鐘有效沿可能會檢測到rxcharisk=2’b01，也可能永遠檢測不到，這取決于復位之后初始輸入數(shù)據(jù)的特性。數(shù)據(jù)重組的作用是將2個相鄰的寄存器中的16bit數(shù)據(jù)(rxdata)及其2 bit類型指示(rxcharisk)信號重組為32 bit數(shù)據(jù)及其4 bit類型指示信號。DW邊界判別的依據(jù)是：在PHY連接建立之后，主機和設備之間會相互發(fā)送SYNC原語，表明兩端處于空閑狀態(tài)，而SYNC就是一個控制(K)字節(jié)，其低字接收后的xcharisk是2’bol，通過這個即可識別DW的邊界。
2．2 32 bit至16 bit位寬轉(zhuǎn)換模塊
根據(jù)上面16 bit至32 bit位寬轉(zhuǎn)換分析，需要將數(shù)據(jù)處理邏輯輸出的32 bit數(shù)據(jù)拆分成兩個16bit數(shù)據(jù)交給GTP進行發(fā)送。同時在轉(zhuǎn)換的開始時刻，要求先發(fā)送一個DW的低字，然后發(fā)送其高字，而不能先發(fā)送一個DW的高字，否則接收端將無法正確恢復出DW。另外，150 MHz時鐘和75MHz時鐘的相位一致，同樣是這種轉(zhuǎn)換穩(wěn)定進行的保障，因此，這兩個時鐘也必須接到DCM響應頻率的輸出。其32 bit轉(zhuǎn)16 bit的實現(xiàn)邏輯示意圖如圖5所示。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/180728.htm
用2個18 bit的寄存器組寄存經(jīng)數(shù)據(jù)重組后的36 bit輸入數(shù)據(jù)時，可根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的控制字節(jié)(rxcharisk)指示位來判別數(shù)據(jù)的寫入和讀出。由于150 MHz時鐘和75 MHz時鐘存在著有效沿不一致的情況，即150 MHz時鐘的上升沿可能對應著75 MHz時鐘的下降沿，因此，要準確地進行讀寫控制，就必須對wr_en和rd_en信號進行同步。同步方法是利用75 MHz時鐘的有效沿(上升沿)與150 MHz時鐘有效沿一致的特性來同步產(chǎn)生wr-en和rd_en信號。而產(chǎn)生wr_en和rd_en信號的依據(jù)是在系統(tǒng)復位后，由數(shù)據(jù)處理邏輯向外發(fā)送SYNC信號來表明系統(tǒng)處于空閑(Idle)狀態(tài)。事實上，SYNC就是一個控制(K)字節(jié)，其響應的rxcharisk是4’b0001，通過這個可以正確地將DW寫入和讀出。DW的發(fā)送要求先發(fā)送低字，然后發(fā)送高字。數(shù)據(jù)讀出控制塊會利用rd-en信號使能2 bit的計數(shù)器，然后利用計數(shù)值將DW的低高字依次選擇讀出。
3 仿真及驗證
通過對位寬轉(zhuǎn)換模塊的Verilog HDL描述，可在ModelSim se以及Xilinx ISE集成開發(fā)環(huán)境下進行功能仿真和綜合布局布線后的時序仿真，也可在Xilinx Virtex-5 xc5vlx50t FPGA上進行驗證。圖6所示為16 bit轉(zhuǎn)32 bit邏輯仿真圖。而其32 bit轉(zhuǎn)16 bit邏輯仿真圖如圖7所示。
4 結(jié)束語
本設計可實現(xiàn)Virrex-5 RocketI0TM GTP進行SATA2．0相關開發(fā)過程中的位寬匹配轉(zhuǎn)換功能，而且具有處理延遲小、差錯率低等優(yōu)點，并通過了Xilinx ISE綜合布線以及Virtex-5 FPGA上的驗證，結(jié)果證明：本設計能夠完全滿足SATA2．0相關開發(fā)時序及功能上的要求。實際上，邏輯設計人員利用Virrex-5 RocketIOTM GTP進行其他高速串行傳輸接口的開發(fā)時，也可以借鑒此設計思想。
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