Xilinx FPGA高速串行傳輸技術與應用

第1章 數(shù)據(jù)傳輸技術綜述與發(fā)展趨勢 1
1．1 數(shù)據(jù)傳輸技術簡介 1
1．1．1 并行傳輸技術簡介 1
1．1．2 串行傳輸技術簡介 6
1．2 高速串行傳輸技術的應用需求 10
1．2．1 高速并行傳輸?shù)募夹g瓶頸 10
1．2．2 高速串行傳輸?shù)募夹g優(yōu)勢 12
1．3 高速串行傳輸技術的推動力 13
1．3．1 I/O技術的不斷改進 13
1．3．2 多重相位技術 15
1．3．3 線路編碼技術 16
1．3．4 擾碼傳輸技術 18
1．3．5 發(fā)送預加重技術 19
1．3．6 接收均衡技術 22
1．4 高速數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)慕鉀Q方案 24
1．5 本章小結 24
第2章 常用高速串行傳輸接口協(xié)議簡介 26
2．1 XAUI協(xié)議簡介和應用 26
2．1．1 以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程 26
2．1．2 XGMII接口簡介與分析 27
2．1．3 XAUI協(xié)議的技術優(yōu)勢 28
2．1．4 XAUI協(xié)議詳解 29
2．2 Interlaken協(xié)議應用簡介 31
2．2．1 Interlaken協(xié)議簡介 31
2．2．2 Interlaken協(xié)議數(shù)據(jù)格式 33
2．2．3 Interlaken接口信號簡介 36
2．3 SATA協(xié)議簡介和應用 36
2．3．1 SATA協(xié)議簡介 36
2．3．2 SATA協(xié)議分層模型 38
2．3．3 SATA接口信號說明 40
2．4 PCI-Express協(xié)議簡介和應用 41
2．4．1 PCI-Express協(xié)議簡介 41
2．4．2 PCI-Express協(xié)議分層模型 42
2．4．3 PCI-Express Slot物理接口簡介 44
2．5 RapidIO協(xié)議簡介和應用 45
2．5．1 RapidIO協(xié)議簡介 45
2．5．2 RapidIO分層模式說明 47
2．5．3 RapidIO接口信號描述 51
2．6 Aurora協(xié)議簡介和應用 52
2．7 ATCA機箱的背板串行技術 53
2．7．1 PICMG3．0規(guī)范簡介 53
2．7．2 ATCA機箱的背板接口標準 54
2．8 本章小結 55
第3章 Virtex-6 GTX收發(fā)器的功能結構和應用概述 56
3．1 Virtex-6 GTX收發(fā)器的功能和結構 56
3．1．1 Virtex-6 GTX收發(fā)器的功能簡介 56
3．1．2 Virtex-6 FPGA中的GTX架構 57
3．1．3 Virtex-6 GTX收發(fā)器的內部電路結構 57
3．2 TX發(fā)送端的功能和結構說明 59
3．2．1 TX Interface接口說明 60
3．2．2 TX發(fā)送端的時鐘結構 62
3．2．3 TXOUTCLK時鐘應用說明 64
3．2．4 TX發(fā)送端的復位過程描述 66
3．2．5 TX發(fā)送端的8b/10b編碼器 68
3．2．6 TX發(fā)送端的緩沖區(qū)介紹 70
3．2．7 TX發(fā)送端的PRBS模式產(chǎn)生器 71
3．2．8 TX發(fā)送端的極性控制功能 73
3．3 RX接收端的功能和結構簡介 73
3．3．1 RX接收端的功能說明 73
3．3．2 RX接收端的時鐘電路結構 74
3．3．3 RX極性控制 76
3．3．4 RX接收端的PRBS模式檢測器 76
3．3．5 RX接收端的字節(jié)和字對齊功能 77
3．3．6 RX接收端的LOS狀態(tài)機 80
3．3．7 RX接收端的8b/10b解碼器 81
3．3．8 RX接收端的彈性緩沖區(qū) 82
3．3．9 RX接收端的時鐘糾正功能 86
3．3．10 RX接收端的通道綁定功能介紹 88
3．3．11 RX接收端的復位初始化 93
3．3．12 RX Interface接口說明 94
3．4 本章小結 96
第4章 XAUI核的功能簡介和應用說明 98
4．1 XAUI協(xié)議應用簡介 98
4．2 Xilinx XAUI核功能簡介 99
4．2．1 Xilinx XAUI核應用概述 99
4．2．2 Xilinx XAUI核功能描述 100
4．3 XAUI核的接口信號描述 101
4．3．1 XAUI接口信號概述 101
4．3．2 用戶端接口簡介 102
4．3．3 GTX收發(fā)器接口簡介 105
4．3．4 MDIO管理接口簡介 105
4．3．5 配置和狀態(tài)接口信號 106
4．3．6 時鐘和復位接口簡介 108
4．4 XAUI核內部時鐘結構 108
4．5 XAUI核的定制和創(chuàng)建 109
4．5．1 XAUI核的生成 109
4．5．2 建立XAUI核仿真工程 112
4．5．3 自生成數(shù)據(jù)的XAUI核仿真說明 113
4．6 本章小結 117
第5章 Xilinx PCI-Express核簡介 118
5．1 Xilinx PCI-Express核學習導讀 118
5．2 Xilinx PCI-Express核概述 119
5．2．1 Xilinx PCI-Express核的技術優(yōu)勢 119
5．2．2 Xilinx PCI-Express核總覽 120
5．3 Xilinx PCI-Express核的協(xié)議層次簡介 121
5．3．1 Xilinx PCI-Express核的協(xié)議層次 121
5．3．2 Xilinx PCI-Express核的配置空間簡介 122
5．4 Xilinx PCI-Express 核的頂層接口信號 125
5．4．1 Xilinx PCI-Express核的系統(tǒng)接口信號 125
5．4．2 Xilinx PCI-Express接口信號 125
5．5 Xilinx PCI-Express核的AXI4接口信號 129
5．5．1 Xilinx PCI-Express核的公共接口信號 129
5．5．2 Xilinx PCI-Express核的事務發(fā)送接口信號 130
5．5．3 Xilinx PCI-Express核的事務接收接口信號 132
5．6 Xilinx PCI-Express核的其他接口信號 133
5．6．1 Xilinx PCI-Express核的物理層接口信號 133
5．6．2 Xilinx PCI-Express核的配置接口信號 136
5．6．3 Xilinx PCI-Express核的中斷接口信號 139
5．6．4 Xilinx PCI-Express核的差錯報告信號 140
5．6．5 Xilinx PCI-Express核的動態(tài)配置接口信號 141
5．7 Xilinx PCI-Express協(xié)議的TLP格式 142
5．7．1 TLP概況 142
5．7．2 TLP格式介紹 142
5．7．3 TLP類型和格式字段編碼字段介紹 143
5．7．4 Length字段與字節(jié)使能字段介紹 144
5．7．5 其他協(xié)議字段簡介 146
5．7．6 TLP包格式查詢表 146
5．8 本章小結 149
第6章 Xilinx PCI-Express核的生成與定制 150
6．1 Xilinx PCI-Express核的例化 150
6．1．1 集成核Endpoint結構概述 150
6．1．2 集成核Rootport結構概述 152
6．1．3 Xilinx PCI-Express核的生成 154
6．1．4 Xilinx PCI-Express核的仿真 156
6．1．5 Xilinx PCI-Express核的實現(xiàn) 157
6．1．6 Xilinx PCI-Express核的字典結構和內容 158
6．2 Xilinx PCI-Express核的自定義生成 163
6．2．1 Xilinx PCI-Express核的基本參數(shù)設置 164
6．2．2 Xilinx PCI-Express核的基地址寄存器 165
6．2．3 Xilinx PCI-Express核的配置寄存器設置 171
6．2．4 Xilinx PCI-Express核的高級設置 179
6．3 程控輸入/輸出示例設計 181
6．3．1 Xilinx PCI-Express核的PIO系統(tǒng)概述 181
6．3．2 Xilinx PCI-Express核的PIO 硬件 182
6．3．3 Xilinx PCI-Express核的PIO 應用 186
6．4 本章小結 191
第7章 Xilinx PCI-Express核事務層接口設計 193
7．1 事務層TLP格式簡介 193
7．1．1 TLP的字節(jié)序 193
7．1．2 TLP的相關說明 194
7．2 事務層TLP的傳送 195
7．2．1 TLP 傳送的基本操作流程 195
7．2．2 連續(xù)事務的發(fā)送 197
7．2．3 發(fā)射通路的源節(jié)制 198
7．2．4 發(fā)射通路的目標節(jié)制 198
7．2．5 發(fā)射通路的源中止 199
7．2．6 目的端事務忽略 200
7．2．7 發(fā)射通路上的錯誤標記 200
7．2．8 發(fā)射通路的流傳輸 201
7．2．9 附加 ECRC的事務 201
7．3 事務層TLP包的接收 201
7．3．1 TLP 接收的基本操作流程 201
7．3．2 接收通路的數(shù)據(jù)節(jié)制 203
7．3．3 連續(xù)事務的接收 204
7．3．4 接收通路的重排序 205
7．3．5 接收通路的EP和 TLP Digest字段使用 206
7．3．6 接收通路的基地址寄存器匹配 206
7．3．7 接收通路的Link-Down事件 207
7．4 本章小結 208
第8章 基于Xilinx PCI-Express核的應用設計 209
8．1 物理層控制和狀態(tài)接口設計 209
8．1．1 鏈路改變設計考慮 209
8．1．2 鏈路改變方式 210
8．2 配置空間信號設計 214
8．2．1 直接映射到配置接口的寄存器 214
8．2．2 設備控制和狀態(tài)寄存器定義 214
8．2．3 配置端口對其他寄存器的訪問 217
8．3 額外數(shù)據(jù)包處理的要求 218
8．4 用戶錯誤報告設計 219
8．4．1 錯誤類型介紹 219
8．4．2 錯誤類型分類 222
8．5 電源管理設計 223
8．5．1 電源管理模式分類 223
8．5．2 程控電源管理 223
8．6 中斷請求設計 225
8．6．1 傳統(tǒng)中斷模式 226
8．6．2 MSI中斷模式 227
8．6．3 MSI-X中斷模式 228
8．7 鏈接訓練及鏈路翻轉設計 228
8．7．1 鏈接訓練支持 228
8．7．2 鏈路翻轉支持 229
8．8 時鐘復位設計 229
8．8．1 復位分類 229
8．8．2 時鐘控制 230
8．9 動態(tài)配置設計 232
8．9．1 DRP接口的讀/寫 232
8．9．2 DRP接口的其他考量 233
8．9．3 DRP地址映射 233
8．10 核的約束設計 239
8．10．1 用戶約束文件的內容 239
8．10．2 移植需要的修改 240
8．11 本章小結 242
第9章 Virtex-6 GTX收發(fā)器的時鐘和電源設計 243
9．1 Virtex-6 GTX輸入時鐘結構和應用設計 243
9．1．1 輸入?yún)⒖紩r鐘的內部結構 243
9．1．2 輸入?yún)⒖紩r鐘的應用說明 244
9．1．3 GTX收發(fā)器的輸入時鐘接口信號和屬性 247
9．1．4 單個外部輸入?yún)⒖紩r鐘的GTX使用模型 249
9．1．5 多個外部輸入?yún)⒖紩r鐘的GTX使用模型 250
9．1．6 多個Quad交叉使用輸入?yún)⒖紩r鐘模型 251
9．2 GTX的PLL鎖相環(huán)結構和功能描述 252
9．3 Virtex-6 GTX的回環(huán)測試模式 254
9．4 Viretex-6 GTX的單板設計指導 255
9．4．1 引腳描述和設計準則 255
9．4．2 終端電阻校準電路 256
9．4．3 未使用的GTX收發(fā)器管理 257
9．4．4 模擬電源的引腳連接 257
9．4．5 未使用的Quad引腳連接處理 259
9．4．6 Quad應用的優(yōu)先級 260
9．5 參考時鐘設計概述 261
9．5．1 時鐘源選擇概述 261
9．5．2 參考時鐘接口連接方式 262
9．6 模擬電源電路設計 263
9．6．1 模擬電源設計概述 263
9．6．2 電源穩(wěn)壓器選擇 263
9．7 本章小結 264
第10章 Xilinx IBERT調試工具應用詳解 266
10．1 Xilinx IBERT調試工具的功能簡介 266
10．2 Xilinx IBERT核的基本結構 267
10．3 Xilinx IBERT核的生成說明 268
10．4 Xilinx IBERT核生成實例 268
10．4．1 IBERT核的生成 268
10．4．2 基于IBERT的GTX掃描測試 274
10．5 本章小結 277
附錄A 278
參考文獻 283