使用ISERDES接收高速串行數(shù)據(jù)

上一篇講到了Idelay，那么SERDES（Serialization/De-serialization）也可以順帶介紹一下。高速信號傳輸過程中，并行傳輸因為線路同步難，抗干擾性差等缺點逐漸被串行技術(shù)取代；通過提高傳輸速率的方法，串行傳輸也可以實現(xiàn)很高的傳輸速度。

但是，在內(nèi)部處理信號時，數(shù)據(jù)信號往往是多bit信號，而傳輸過程中需要用到單bit串行傳輸技術(shù)，所以，中間需要有一個轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換，這就需要用到SERDES技術(shù)。

從Virtes-4系列FPGA開始，Xilinx公司的FPGA支持LVDS電平和內(nèi)置的SERDES原語，所以本文適用Virtes-4及后續(xù)系列FPGA。

本文將介紹ISERDES的IP核生成，ISERDES原語介紹，Bitslip使用以及最終的仿真結(jié)果。

這次我們可以使用IP核簡化ISERDES原語的配置，找到SelectIO IP核的配置，然后使用簡化設(shè)置，如下：

數(shù)據(jù)總線設(shè)置

簡單來說，

Interface Template：接口模板，本次數(shù)據(jù)傳輸并不符合預(yù)設(shè)的協(xié)議，所以選擇Custom

Data BUS Direction：接收數(shù)據(jù)-> input

Data Rate: 數(shù)據(jù)總線是SDR還是DDR，DDR內(nèi)容可以看（LVDS差分信號簡單處理）2. DDR信號的處理

Serialization Factor: 串化因子，也就是需要把串行信號轉(zhuǎn)換成多少bit的并行數(shù)據(jù)；

SDR Rate：可設(shè)為2,3,4,5,6,7,8； DDR Rate：可設(shè)為4,6,8,10,14；

External Data Width: 外部輸入數(shù)據(jù)的位寬，默認(rèn)設(shè)1

I/O signaling:設(shè)置差分還是單端以及IO電壓標(biāo)準(zhǔn)

時鐘設(shè)置

簡單來說，

Clock Signaling：

時鐘信號是差分還是單端以及IO電壓標(biāo)準(zhǔn)

Clock Strategy：

External Clock：

IP核內(nèi)部產(chǎn)生并行時鐘

Internal Clock：

IP核需要手動輸入并行時鐘

在xilinx的UG471文檔的P152中，提到了ISERDES的時鐘要求，可以說是要求串行鐘和并行鐘要求相位對齊，需要注意

數(shù)據(jù)和延時設(shè)置

數(shù)據(jù)延時部分，這個地方先不做設(shè)置。

Summary

生成IP核之后，可以找到IP核最底層的verilog文件，它的內(nèi)部實現(xiàn)的核心部分是ISERDES2，為此我們需要知道ISERDES2的參數(shù)內(nèi)容；

ISERDES2的屬性中，重點關(guān)注的是以下幾個：

DATA_RATE: 數(shù)據(jù)速率還是SDR還是DDR

DATA_WIDTH：參考上面數(shù)據(jù)總線設(shè)置的內(nèi)容

INTERFACE_TYPE：接口類型，默認(rèn)使用"NETWORKING"

NUM_CE: 時鐘使能數(shù)量，默認(rèn)使用2

SERDES_MODE：當(dāng)使用級聯(lián)ISERDES時，數(shù)據(jù)從Master ISERDES輸入，使用一個ISERDES設(shè)為"MASTER"，兩個ISERDES級聯(lián)使用，另一個為"SLAVE"；詳細可見下面講到級聯(lián)時的內(nèi)容

其他的屬性可以保持默認(rèn)

UG471 Figure 3-2

ISERDES2重要端口設(shè)置：

Q1-Q8: 數(shù)據(jù)輸出；注意當(dāng)級聯(lián)時，"SLAVE" ISERDES的Q3-Q8為并行數(shù)據(jù)的第8-13位；

SHIFTOUT：級聯(lián)時使用，詳見下文

SHIFTIN：級聯(lián)時使用，詳見下文

D：從IOB來的數(shù)據(jù)

DDLY：從Idelay2來的數(shù)據(jù)，D端口從輸入引腳接入后沒經(jīng)過處理，DDLY經(jīng)過Idelay2處理；Idelay詳見（LVDS差分信號簡單處理）3. Idelay對時序的補救

CLK，CLKB：串行時鐘，快鐘，CLKB是CLK取反處理

CE1，CE2：快慢鐘的使能

RST：原語復(fù)位，高復(fù)位

CLKDIV：并行鐘，慢鐘

BITSLIP：bit移位功能，詳見下文

時鐘部分說明：

SDR下：假設(shè)接收的串行數(shù)據(jù)時鐘為256MHz，解串因子為8，則CLKDIV為32MHz；

CLKDIV = CLK/DATA_WIDTH

DDR: CLKDIV = 2 * CLK/DATA_WIDTH

注意CLK和CLKDIV要相位對齊；

在NETWORKING模式下，ISERDES輸出要晚于輸入2個CLKDIV周期；

BITSLIP功能說明：

數(shù)據(jù)串轉(zhuǎn)并的過程中，如果沒有確定好數(shù)據(jù)邊界，解串的數(shù)據(jù)也不是正確的，這個時候就需要使用BITSLIP功能：

在SDR和DDR下，bitslip移位的位數(shù)并不一樣：

SDR下，一個bitslip脈沖使數(shù)據(jù)左移一位；DDR下，一個bitslip脈沖使數(shù)據(jù)右移一位或左移三位；

BITSLIP時序 UG471 Figure 3-12

可以從上圖看出，BITSLIP在CLKDIV時鐘下，一個完整的脈沖可以使輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的變化；

所以在某些傳輸過程中，可以先開始傳輸預(yù)設(shè)值，等待接收方調(diào)整Idelay和BITSLIP解出正確的預(yù)設(shè)值后，開始傳輸真正的數(shù)據(jù)。

ISERDES級聯(lián)使用：

SDR Rate下，一個ISERDES能夠解串的最大數(shù)據(jù)寬度為8；在某些ADC中，其并行數(shù)據(jù)寬度大于8位，這個時候可以使用上ISERDES的級聯(lián)功能：

級聯(lián)示意圖 UG471 Figure 3-8

首先 設(shè)置一個ISERDES的SERDES_MODE屬性為"MASTER"，另一個為"SLAVE"；

設(shè)置"MASTER"和"SLAVE" ISERDES2的DATA_WIDTH數(shù)據(jù)寬度為同一個數(shù)（10或14）；

將"MASTER"的SHIFTOUT1,2連接至"SLAVE"的SHIFTIN1,2

DATA_WIDTH為10時，"SLAVE"的Q3-4為第8-9位；DATA_WIDTH為14時，"SLAVE"的Q3-8為第8-13位。

仿真結(jié)果：

找到預(yù)設(shè)值才開始傳輸真正的數(shù)據(jù)

注意，獨立使用VCS，VERDI仿真ISERDES時，需要使用某些設(shè)置才能仿真成功，具體請參考VCS獨立仿真Vivado IP核的一些方法總結(jié)

總結(jié)：

ISERDES2可以使用SelectIO IP核設(shè)置簡化原語設(shè)置流程；但ISERDES2原語設(shè)置會更加精細

BITSLIP功能很有用，需要用它找到數(shù)據(jù)的正確邊界。



審核編輯：劉清