Xilinx FPGA平臺GTX簡易使用教程(五)

GTX IP配置完了，你不得搞個(gè)回環(huán)測試一番？

前言
理解一個(gè)IP的用法，最好的辦法就是打開官方的Example Design。

所以本文首先介紹Example Design，然后再替換成我們自己的收發(fā)測試模塊，對比印證學(xué)習(xí)，差不多就能勉強(qiáng)把GTX給玩起來了。

一、示例工程Example Design
接上一講（四）GTX IP核的配置：

我們配置GTX為：3.125G ， 參考時(shí)鐘156.25Mhz ，然后生成了GTX的IP。

首先，右鍵IP打開Example Design。

打開示例工程后，看到如下圖所示的工程結(jié)構(gòu)：

先簡單概括下，示例工程的組成結(jié)構(gòu)，如下圖所示的拓?fù)鋱D：

OK，接下來我們對每個(gè)子模塊進(jìn)行分別介紹。

1.1 gtx_support模塊
support子模塊為GTX主要模塊。包含GTX的時(shí)鐘、復(fù)位以及對原語/IP的例化使用。

Xilinx為了IP核的通用性，將每個(gè)IP的端口設(shè)置非常完善也意味著非常復(fù)雜。端口信號眾多，導(dǎo)致我們一陣頭大，不知從何下手，所以這里直接上干貨，簡要解析各個(gè)端口信號，哪些是使用的，哪些是不用的。

PS：很多端口都沒有使用，要么置0，要么置1 。

所以，引用B站名言：“消除恐懼的最好辦法就是面對恐懼，奧利給！”

直接上代碼： 詳見后面注釋內(nèi)容！

注：很多功能我們沒有用上，所以給的0，實(shí)際使用根據(jù)具體需求而定。

ip_gtx ip_gtx_init_i
(
.sysclk_in (sysclk_in_i), //系統(tǒng)時(shí)鐘
.soft_reset_tx_in (soft_reset_tx_in), //0
.soft_reset_rx_in (soft_reset_rx_in), //0
.dont_reset_on_data_error_in (dont_reset_on_data_error_in), //0
.gt0_tx_fsm_reset_done_out (gt0_tx_fsm_reset_done_out), //output
.gt0_rx_fsm_reset_done_out (gt0_rx_fsm_reset_done_out), //output
.gt0_data_valid_in (gt0_data_valid_in), //1
//GT0 (X1Y0)
//------------------------------- CPLL Ports -------------------------------
.gt0_cpllfbclklost_out (gt0_cpllfbclklost_out),
.gt0_cplllock_out (gt0_cplllock_out),
.gt0_cplllockdetclk_in (sysclk_in_i), //系統(tǒng)時(shí)鐘
.gt0_cpllreset_in (gt0_cpllreset_in), //0
//------------------------ Channel - Clocking Ports ------------------------
.gt0_gtrefclk0_in (tied_to_ground_i), //0
.gt0_gtrefclk1_in (q0_clk1_refclk_i), //參考時(shí)鐘
//-------------------------- Channel - DRP Ports --------------------------
.gt0_drpaddr_in (gt0_drpaddr_in), //0
.gt0_drpclk_in (sysclk_in_i), //系統(tǒng)時(shí)鐘
.gt0_drpdi_in (gt0_drpdi_in), //0
.gt0_drpdo_out (gt0_drpdo_out), //0
.gt0_drpen_in (gt0_drpen_in), //0
.gt0_drprdy_out (gt0_drprdy_out), //0
.gt0_drpwe_in (gt0_drpwe_in), //0
//------------------------- Digital Monitor Ports --------------------------
.gt0_dmonitorout_out (gt0_dmonitorout_out), // output
//----------------------------- Loopback Ports -----------------------------
.gt0_loopback_in (gt0_loopback_in), //0
//---------------------------- Power-Down Ports ----------------------------
.gt0_rxpd_in (gt0_rxpd_in), //0
.gt0_txpd_in (gt0_txpd_in), //0
//------------------- RX Initialization and Reset Ports --------------------
.gt0_eyescanreset_in (gt0_eyescanreset_in), //0
.gt0_rxuserrdy_in (gt0_rxuserrdy_in), //1
//------------------------ RX Margin Analysis Ports ------------------------
.gt0_eyescandataerror_out (gt0_eyescandataerror_out), // output
.gt0_eyescantrigger_in (gt0_eyescantrigger_in), //0
//----------------------- Receive Ports - CDR Ports ------------------------
.gt0_rxcdrhold_in (gt0_rxcdrhold_in), //0
//----------------- Receive Ports - Clock Correction Ports -----------------
.gt0_rxclkcorcnt_out (gt0_rxclkcorcnt_out), // output
//---------------- Receive Ports - FPGA RX Interface Ports -----------------
.gt0_rxusrclk_in (gt0_rxusrclk_i), // rxusrclk
.gt0_rxusrclk2_in (gt0_rxusrclk2_i), // rxusrclk2
//---------------- Receive Ports - FPGA RX interface Ports -----------------
.gt0_rxdata_out (gt0_rxdata_out), // 接收數(shù)據(jù)
//----------------- Receive Ports - Pattern Checker Ports ------------------
.gt0_rxprbserr_out (gt0_rxprbserr_out), // output
.gt0_rxprbssel_in (gt0_rxprbssel_in), // 0
//----------------- Receive Ports - Pattern Checker ports ------------------
.gt0_rxprbscntreset_in (gt0_rxprbscntreset_in), // 0
//---------------- Receive Ports - RX 8B/10B Decoder Ports -----------------
.gt0_rxdisperr_out (gt0_rxdisperr_out), // output
.gt0_rxnotintable_out (gt0_rxnotintable_out), // output
//------------------------- Receive Ports - RX AFE -------------------------
.gt0_gtxrxp_in (gt0_gtxrxp_in), // 管腳RXP
//---------------------- Receive Ports - RX AFE Ports ----------------------
.gt0_gtxrxn_in (gt0_gtxrxn_in), // 管腳RXN
//------------------- Receive Ports - RX Equalizer Ports -------------------
.gt0_rxdfelpmreset_in (gt0_rxdfelpmreset_in), // 0
.gt0_rxmonitorout_out (gt0_rxmonitorout_out), // 0
.gt0_rxmonitorsel_in (gt0_rxmonitorsel_in), // 0
//------------- Receive Ports - RX Fabric Output Control Ports -------------
.gt0_rxoutclkfabric_out (gt0_rxoutclkfabric_out), // output
//----------- Receive Ports - RX Initialization and Reset Ports ------------
.gt0_gtrxreset_in (gt0_gtrxreset_in), // 0
.gt0_rxpmareset_in (gt0_rxpmareset_in), // 0
//----------------- Receive Ports - RX8B/10B Decoder Ports -----------------
.gt0_rxchariscomma_out (gt0_rxchariscomma_out), // output
.gt0_rxcharisk_out (gt0_rxcharisk_out), // rxcharisk
//------------ Receive Ports -RX Initialization and Reset Ports ------------
.gt0_rxresetdone_out (gt0_rxresetdone_out), // output
//------------------- TX Initialization and Reset Ports --------------------
.gt0_gttxreset_in (gt0_gttxreset_in), // 0
.gt0_txuserrdy_in (gt0_txuserrdy_in), // 1
//-------------- Transmit Ports - 8b10b Encoder Control Ports --------------
.gt0_txchardispmode_in (gt0_txchardispmode_in), // 0
.gt0_txchardispval_in (gt0_txchardispval_in), // 0
//---------------- Transmit Ports - FPGA TX Interface Ports ----------------
.gt0_txusrclk_in (gt0_txusrclk_i), // txusrclk
.gt0_txusrclk2_in (gt0_txusrclk2_i), // txusrclk2
//---------------- Transmit Ports - Pattern Generator Ports ----------------
.gt0_txprbsforceerr_in (gt0_txprbsforceerr_in), // 0
//-------------------- Transmit Ports - TX Buffer Ports --------------------
.gt0_txbufstatus_out (gt0_txbufstatus_out), // output
//---------------- Transmit Ports - TX Data Path interface -----------------
.gt0_txdata_in (gt0_txdata_in), // 發(fā)生數(shù)據(jù)
//-------------- Transmit Ports - TX Driver and OOB signaling --------------
.gt0_gtxtxn_out (gt0_gtxtxn_out), // 管腳TXN
.gt0_gtxtxp_out (gt0_gtxtxp_out), // 管腳TXP
//--------- Transmit Ports - TX Fabric Clock Output Control Ports ----------
.gt0_txoutclk_out (gt0_txoutclk_i), // output
.gt0_txoutclkfabric_out (gt0_txoutclkfabric_out), // output
.gt0_txoutclkpcs_out (gt0_txoutclkpcs_out), // output
//------------------- Transmit Ports - TX Gearbox Ports --------------------
.gt0_txcharisk_in (gt0_txcharisk_in), // txcharisk
//----------- Transmit Ports - TX Initialization and Reset Ports -----------
.gt0_txresetdone_out (gt0_txresetdone_out), // output
//---------------- Transmit Ports - pattern Generator Ports ----------------
.gt0_txprbssel_in (gt0_txprbssel_in), // 0
.gt0_qplloutclk_in (gt0_qplloutclk_i), // from common
.gt0_qplloutrefclk_in (gt0_qplloutrefclk_i) // from common
);

1.1.1 gt_usrclk_source
GTX的時(shí)鐘子模塊。

學(xué)習(xí)官方例程除了學(xué)習(xí)IP的用法外，另外一點(diǎn)就是學(xué)習(xí)官方大佬的代碼，學(xué)習(xí)優(yōu)秀的代碼！包括代碼規(guī)范、實(shí)現(xiàn)方式以及模塊劃分。

我們自己做項(xiàng)目的時(shí)候也要注意這一點(diǎn)，時(shí)鐘最好單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)時(shí)鐘子模塊，提供整個(gè)工程所需的全部邏輯內(nèi)部時(shí)鐘。

用個(gè)框圖來表示這個(gè)模塊的功能：

至于具體實(shí)現(xiàn)方式，也很簡單，用了兩個(gè)原語：IBUFDS 、BUFG。

后面空了會詳細(xì)出一個(gè)系列專講Xilinx原語。

想要更多了解GTX的時(shí)鐘，歡迎翻閱本系列第二篇（二）GTX時(shí)鐘篇。
Xilinx FPGA平臺GTX簡易使用教程（二）GTX時(shí)鐘篇

???????1.1.2 gt_common
這個(gè)模塊主要是對GTXE2_COMMON原語的例化。

原語內(nèi)容較多，這里不進(jìn)行介紹。保持默認(rèn)就好。

???????1.1.3 gt_common_reset
顧名思義，這個(gè)模塊是對common的復(fù)位，也就是對QPLL的復(fù)位。保持默認(rèn)就好。

實(shí)際上，我們進(jìn)一步研究示例就會發(fā)現(xiàn)，該復(fù)位根本沒有使用！為什么呢？不復(fù)位也能正常工作？對復(fù)位有興趣的歡迎翻閱系列第三篇（三）GTX復(fù)位與初始化。
Xilinx FPGA平臺GTX簡易使用教程（三）GTX復(fù)位與初始化?????

1.2 frame_gen
開門見山的說，這就是一個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊。只用于仿真測試，仔細(xì)研究你就發(fā)現(xiàn)它數(shù)據(jù)產(chǎn)生的方式比較有意思：從文件中讀取！我們再回到工程結(jié)構(gòu)目錄，會看到有兩個(gè)Data Files：

gt_rom_init_rx.dat、gt_rom_init_tx.dat

一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的文件，一個(gè)接收數(shù)據(jù)的文件。

再打開發(fā)送這個(gè)文件，如下圖所示：

至于具體怎么實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)讀取，后面空了筆者也會出一篇文章，介紹在仿真中，對文件的讀和寫。

???????1.3 frame_check
數(shù)據(jù)檢查模塊，將接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如果有誤，就給error信號?？梢詫W(xué)習(xí)這種設(shè)計(jì)思路，保障數(shù)據(jù)收發(fā)的準(zhǔn)確性。

二、GTX收發(fā)測試
GTX的示例工程基本介紹完畢，但是那畢竟是別人的。如果我們自己想把GTX跑起來呢？很簡單，把示例工程的frame_gen數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊刪掉，換上我們自己的發(fā)送數(shù)據(jù)模塊packet_send；將frame_check數(shù)據(jù)檢查模塊刪掉，換上我們自己的接收數(shù)據(jù)模塊packet_recv。最后加個(gè)TOP頂層，將packet_send、packet_recv、gt_support三個(gè)模塊連起來就好。

注：測試工程為回環(huán)，發(fā)送端口直接懟到接收端口。

2.1 對support模塊的整合
support模塊前面已經(jīng)介紹過，是使用GTX的核心。所以我們對GTX的使用也是基于該模塊。

直接上干貨吧，需要做以下改動：

將發(fā)送/接收數(shù)據(jù)端口開放到外層，TOP才能模塊連接；包含數(shù)據(jù)總線tx/rx_data和控制總線tx/rx_charisk；
將gt0_data_valid_in信號直接置1；
2.2發(fā)送模塊
添加我們需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以加上幀頭(sof)、幀尾(eof)信號便于接收模塊判斷。

發(fā)送模塊需要輸出兩個(gè)信號（這里的位寬由GTX IP配置決定）：

tx_data[31:0] ：需要發(fā)送的數(shù)據(jù)

tx_char[3:0] ：K碼指示，每1bit對應(yīng)1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；0：表示發(fā)送的是數(shù)據(jù)；1：表示發(fā)送的是K碼。

需要注意的是，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前要先發(fā)一個(gè)K碼，以便接收數(shù)據(jù)對齊。

2.3接收模塊
對GTX接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，可通過檢測幀頭(sof)、幀尾(eof)信號，來接收一個(gè)完整的幀數(shù)據(jù)。也可以對接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)比對，檢查是否有誤。

沒什么好講的，略過吧。

2.4仿真驗(yàn)證
仿真tb文件主要產(chǎn)生時(shí)鐘激勵，和產(chǎn)生需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。

因?yàn)槲覀兪腔丨h(huán)，所以記得tb里面將TX / RX進(jìn)行短接，注意_N對_N,_P對_P。

另外值得一提的是，我們參考時(shí)候?yàn)椴罘州斎?，這里簡單提供一種差分時(shí)鐘的testbench寫法：

wire Q0_CLK1_GTREFCLK_PAD_N_IN;
reg Q0_CLK1_GTREFCLK_PAD_P_IN;
wire DRP_CLK_IN_N;
reg DRP_CLK_IN_P;

initial begin
Q0_CLK1_GTREFCLK_PAD_P_IN = 0;
DRP_CLK_IN_P = 0;
end

always #3.2 Q0_CLK1_GTREFCLK_PAD_P_IN = ~Q0_CLK1_GTREFCLK_PAD_P_IN;
always #5 DRP_CLK_IN_P = ~DRP_CLK_IN_P;

assign Q0_CLK1_GTREFCLK_PAD_N_IN = ~Q0_CLK1_GTREFCLK_PAD_P_IN;
assign DRP_CLK_IN_N = ~DRP_CLK_IN_P;

最后，我們來看一下仿真結(jié)果：

輸入： 0-100的累加數(shù)（只截取了0-7）

輸出：0-100的累加數(shù)（只截取了0-7）

OK，回環(huán)完成。

后記
整個(gè)GTX的介紹到這里暫告一段落，待筆者對齊有進(jìn)一步更深的理解時(shí)再做補(bǔ)充。補(bǔ)充內(nèi)容可能包括具體項(xiàng)目應(yīng)用、GT高速接口的底層原理等。

按照筆者的習(xí)慣，基本以原理介紹、系統(tǒng)組成、方案設(shè)計(jì)為主，而對于具體的代碼，筆者是不會在文章中具體寫出來的。所以，這些測試工程我后面會以文件的形式放上來。

下一個(gè)系列，我們將開始SRIO。

隨筆者一起，將接口擼個(gè)遍吧！
審核編輯：湯梓紅