Xilinx FPGA平臺GTX簡易使用教程(一)

理解GTX的必備姿勢，學起來!

一、什么是GTX?

GT ：Gigabit Transceiver千兆比特收發(fā)器;

GTX ：Xilinx 7系列FPGA的高速串行收發(fā)器，硬核

xilinx的7系列FPGA根據不同的器件類型，集成了GTP、GTX、GTH、GTZ四種串行高速收發(fā)器，可以支持多種協議如PCI Express，SATA，JESD204B等。

四種收發(fā)器主要區(qū)別是支持的線速率不同，下圖可以說明在7系列里面器件類型和支持的收發(fā)器類型以及最大的收發(fā)器數量。

如我們常用的芯片 ： 7K325TFFG900-2 ，集成了16個GTX。

如下圖，我的測試工程使用了1個GTX，可使用16個。

另外，下面還可以看到Cell Types：GTXE2_COMMON與GTXE2_CHANNEL，這個先混個眼熟，后面會繼續(xù)談到。

二、Quad/Channel

我們先看一張GTX的結構圖：(以7K325T為例)

Quad：4個GTX位1組，稱為Quad，也就是圖中標記的大紅框。

從圖中可以看到，7K325T芯片共有4個Quad，也就是16個GTX。

我們繼續(xù)來看Quad的布局圖：

簡單總結下：

Quad：

包含4個Channel(每個channel包含一個GTX)，1個QPLL，2個差分輸入參考時鐘;

QPLL ：

也就是一個Quad共用的PLL，屬于GTXE2_COMMON;

Channel：每個channel就是一個GTX，包含一個CPLL和一對收發(fā)器;

CPLL ： 每個Channel獨有的PLL，屬于GTXE2_CHANNEL;

注：

CPLL最高支持線速6.x G，而QPLL則可超過10G;在通道線速較大(超過6.xGbps)時，IP會自動使用QPLL。

GTXE2_COMMON、GTXE2_CHANNEL ：是Xilinx的器件原語(primitive)，原語是Xilinx針對其器件特征開發(fā)的一系列常用模塊的名字,用戶可以將其看成Xilinx公司為用戶提供的庫函數;原語類似最底層的描述方法，使用好處多多~

三、PMA與PCS

接上一節(jié)，我們繼續(xù)看Channel的拓撲結構：

看圖說話，發(fā)送端(TX)和接收端(RX)功能獨立，均由PMA和PCS兩個子層組成。

PMA：(Physical Media Attachment，物理媒介適配層)

PCS：(Physical Coding Sublayer，物理編碼子層)

其中PMA子層包含高速串并轉換(PISO)、預/后加重、接收均衡、時鐘發(fā)生器及時鐘恢復等電路。PCS子層包含8B/10B編解碼、緩沖區(qū)、通道綁定和時鐘修正等電路。這么來說，PMA是最基本的單位，負責模擬部分，而PCS主要負責并行的數字電路處理，理論上來說PCS完全可以由邏輯設計完成;但是硬核專用電路實現肯定功能更強大更穩(wěn)定!

四、GTX收發(fā)處理流程

GTX發(fā)送端處理流程：首先用戶邏輯數據經過8B/10B編碼后，進入一個發(fā)送緩存區(qū)Phase Adjust FIFO，該緩沖區(qū)主要是PMA子層和PCS子層兩個時鐘域的時鐘隔離，解決兩者時鐘速率匹配和相位差異的問題，最后經過高速Serdes進行并串轉換(PISO parallel-in serial-out)，有必要的話，可以進行預加重、后加重(Pre/Post Emp)。值得一提的是，如果在PCB設計時不慎將TXP和TXN差分引腳交叉連接，則可以通過極性控制來彌補這個設計錯誤。

接收端和發(fā)送端過程相反，相似點較多，這里就不贅述了，需要注意的是RX接收端的彈性緩沖區(qū)(RX Elastic Buffer)，其具有時鐘糾正和通道綁定功能。

五、其他內容

介紹一些專用名詞和使用的技術。

1. PRBS ：偽隨機序列碼，在一定程度的隨機數，使用PRBS這種偽隨機碼進行高速串行通道的測試，主要是測試誤碼率的情況。

2. ibert：GTX輔助IP核，集成式比特誤碼率測試儀，是Xilinx專門用于具有高速串行接口的 FPGA 芯片的調試和交互式配置工具。放一張測試眼圖吧：(1.25Gbps)

眼圖中顏色越藍的地方，BER 值越小，說明這個區(qū)域誤碼率越低，或者幾乎沒有誤碼率。顏色越紅，表示這個區(qū)域誤碼率越高。一般來講，這個眼圖的眼睛張的越開，說明數據傳輸信號越好。Link 的速度越低，對應的眼圖也會更好，Link 的速度越高，對應的眼圖會下降。

3. 8b/10b

8b/10b編碼主要是為了解決直流平衡。也就是0/1數量的平衡。

優(yōu)點：具備錯誤檢測;

缺點：效率不高，具有20%開銷;因此出現了64b/66b編碼。

K28.5 ：8b/10b編碼中常用k28.5來做K碼，對應過來就是0xBC，主要用于接收數據對齊。

注：上述介紹均為簡單說明，可能不夠精確，有個概念就好。

審核編輯：湯梓紅