AMD Versal自適應(yīng)SoC GTM如何用XSIM仿真和觀察PAM4信號(hào)

本文作者：AMD 工程師Cheng Zhang

PAM4(4-Level Pulse Amplitude Modulation) 的全稱是四電平脈沖幅度調(diào)制，通過種不同的電平進(jìn)行信號(hào)傳輸，每個(gè)電平幅度分別對(duì)應(yīng) 00、01、10 和11。每個(gè)周期可以傳輸兩個(gè) Bit 的信息，相比傳統(tǒng)的 NRZ 模式，信號(hào)傳輸速率相當(dāng)于原來的兩倍，當(dāng)前主流的 400G 光模塊廣泛采用 PAM4 技術(shù)。AMD Versal自適應(yīng) SoC 的 GTM 支持 PAM4 電平，本文將介紹如何使用 GTM 仿真和觀察 PAM4 信號(hào)。

新建 GTM Example Design：

1. 點(diǎn)擊 AMD VivadoDesign Tool 左側(cè)導(dǎo)航欄 Create Block Design 新建 BD文件。

2. 在 BD的空白處右擊，選擇 Add IP，在彈出的對(duì)話框種選擇 Versal ACAPs Transceivers Wizard。

3. 配置 Transceiver Wizard。

Transceiver Type 選擇 GTM。

Transceiver Configs Protocol 頁面可以選擇多種 Preset 的模板，這里選擇 GTM:(PAM4) Ethernet 53G，其余保持默認(rèn)。

4. 右擊 IP 選擇 Open IP Example Design。

運(yùn)行行為仿真

1. 在 Settings 頁面的 Simulation 菜單中加入命令 -d SIM_SPEED_UP 可加速仿真結(jié)束的時(shí)間，如下圖所示：

2. 單擊 Run Simulation 進(jìn)入到仿真界面，并且全速運(yùn)行直到仿真結(jié)束。

TestBench 代碼分析

1.進(jìn)入到仿真界面以后，首先會(huì)看到 GT_Serial_TX_rxp/n 和 GT_Serial_RX_rxp/n 都處于高阻（High-Z）狀態(tài)，這是因?yàn)橥獠康?a target="_blank">端口信號(hào)只支持 0 和 1 兩種狀態(tài)，而 PAM4 信號(hào)有 0，1，2，3 四種狀態(tài)，端口上無法顯示出 4 種電平狀態(tài)所導(dǎo)致。

2. 為了解決這個(gè)問題，需要把端口等效成 Integer。以 GTM Ch0 為例，在 Testbench 里面定義了兩個(gè) Integer 類型的信號(hào)名：gtm_ch0_p/n。

3. Testbench 中通過以下方式對(duì)信號(hào)賦值：

通過這個(gè)路徑可以看到，在 GTM 的 Quad 中已經(jīng)對(duì) TXP/N 定義了一個(gè) Integer，通過 Force 的方式直接把 Integer 賦值到 gtm_ch0_p/n，再賦值給底層 GTM 的 CH0_GTMRXP/N_integer，從而模擬外部回環(huán)。

4. 因此，需要在 Watch 窗口中觀察 gtm_ch0_p/n 或者底層的 CH0_GTMTXP/N_integer 和 CH0_GTMRXP/N_integer。

5. 對(duì)信號(hào)名右擊，在彈出的 Waveform Style 中選擇 Analog，然后在 Analog Settings 中把 Interpolation Style 設(shè)置為 Hold。這樣就可以更加直觀的查看 PAM4 信號(hào)的變化。

6. 當(dāng) Versal GTM 模式設(shè)置為 NRZ 時(shí)，也需要同樣觀察相關(guān)的 Integer 信號(hào)。