使用ISERDES接收高速串行數(shù)據(jù)

使用ISERDES接收高速串行數(shù)據(jù)高速信號(hào)傳輸過程中，并行傳輸因?yàn)榫€路同步難，抗干擾性差等缺點(diǎn)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(shí)現(xiàn)很高的傳輸速度。但是，在內(nèi)部處理信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)往往是多bit信號(hào)，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(gè)轉(zhuǎn)換器，實(shí)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SelectIOIP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，InterfaceTemplate：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CustomDataBUSDirection：接收數(shù)據(jù)->inputDataRate:數(shù)據(jù)總線是SDR還是DDR，SerializationFactor:串化因子，也就是需要把串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成多少bit的并行數(shù)據(jù)；SDRRate：可設(shè)為2,3,4,5,6,7,8；DDRRate：可設(shè)為4,6,8,10,14；ExternalDataWidth:外部輸入數(shù)據(jù)的位寬，默認(rèn)設(shè)1I/Osignaling:設(shè)置差分還是單端以及IO電壓標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘設(shè)置簡單來說，ClockSignaling：時(shí)鐘信號(hào)是差分還是單端以及IO電壓標(biāo)準(zhǔn)ClockStrategy：ExternalClock：IP核內(nèi)部產(chǎn)生并行時(shí)鐘InternalClock：IP核需要手動(dòng)輸入并行時(shí)鐘在xilinx的UG471文檔的P152中，提到了ISERDES的時(shí)鐘要求，可以說是要求串行鐘和并行鐘要求相位對(duì)齊，需要注意數(shù)據(jù)和延時(shí)設(shè)置數(shù)據(jù)延時(shí)部分，這個(gè)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(shí)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(diǎn)關(guān)注的是以下幾個(gè)：DATA_RATE:數(shù)據(jù)速率還是SDR還是DDRDATA_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(shí)鐘使能數(shù)量，默認(rèn)使用2SERDES_MODE：當(dāng)使用級(jí)聯(lián)ISERDES時(shí)，數(shù)據(jù)從MasterISERDES輸入，使用一個(gè)ISERDES設(shè)為"MASTER"，兩個(gè)ISERDES級(jí)聯(lián)使用，另一個(gè)為"SLAVE"；詳細(xì)可見下面講到級(jí)聯(lián)時(shí)的內(nèi)容其他的屬性可以保持默認(rèn)UG471Figure3-2ISERDES2重要端口設(shè)置：Q1-Q8:數(shù)據(jù)輸出；注意當(dāng)級(jí)聯(lián)時(shí)，"SLAVE"ISERDES的Q3-Q8為并行數(shù)據(jù)的第8-13位；SHIFTOUT：級(jí)聯(lián)時(shí)使用，詳見下文SHIFTIN：級(jí)聯(lián)時(shí)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；CLK，CLKB：串行時(shí)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(shí)鐘部分說明：SDR下：假設(shè)接收的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘為256MHz，解串因子為8，則CLKDIV為32MHz；CLKDIV=CLK/DATA_WIDTHDDR:CLKDIV=2*CLK/DATA_WIDTH注意CLK和CLKDIV要相位對(duì)齊；在NETWORKING模式下，ISERDES輸出要晚于輸入2個(gè)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(gè)時(shí)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：UG471Figure3-11SDR下，一個(gè)bitslip脈沖使數(shù)據(jù)左移一位；DDR下，一個(gè)bitslip脈沖使數(shù)據(jù)右移一位或左移三位；BITSLIP時(shí)序UG471Figure3-12可以從上圖看出，BITSLIP在CLKDIV時(shí)鐘下，一個(gè)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(jí)聯(lián)使用：SDRRate下，一個(gè)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(gè)時(shí)候可以使用上ISERDES的級(jí)聯(lián)功能：級(jí)聯(lián)示意圖UG471Figure3-8首先設(shè)置一個(gè)ISERDES的SERDES_MODE屬性為"MASTER"，另一個(gè)為"SLAVE"；設(shè)置"MASTER"和"SLAVE"ISERDES2的DATA_WIDTH數(shù)據(jù)寬度為同一個(gè)數(shù)（10或14）；將"MASTER"的SHIFTOUT1,2連接至"SLAVE"的SHIFTIN1,2DATA_WIDTH為10時(shí)，"SLAVE"的Q3-4為第8-9位；DATA_WIDTH為14時(shí)，"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(dú)