7 Series GTP IP核使用总结 IP核配置篇

　　FPGA内嵌收发器相当于以太网中的PHY芯片，但更灵活更高效，线速率也在随着FPGA芯片的发展升级。本文对7系列FPGA内部高速收发器GTP IP核的配置和使用做些简单的总结，以备后续回顾重用。本文是我在读ug482 pg168 官方文档和一些网络资源后的一些个人见解，希望对有需要的朋友有所帮助。我们来逐页分析下IP核配置先导中内容：

1 GT Selection:

　　我用的是Atrix-7系列FPGA芯片，只能使用速率较低的GTP 收发器，所以类型无法选择。GTP收发器在我这个芯片中最高线速率可达6.6Gbps，具体最大数值会根据器件速度等级和封装有所不同，读者可自行查阅Data Sheet。很多Xilinx IP核都有Shared Logic，我理解是一些重用的部分，当多个地方需要用到这些资源时，将其放置在example design中可以节约硬件资源。

2 Line Rate,RefClk Selection

　　这一页比较重要。高速收发器支持多种标准协议，可以选择一个标准协议，这样后续的选项均已配置好了，然后根据自己的需求改动。此处选择Aurora 8b10b single lane 4byte。收发器发送和接收通道相互独立，可以选择不同的线速率和编码格式，此处均选择一个常见的较低速率3.125Gbps用于功能验证，参考时钟为125M。注意参考时钟为收发器输入时钟，频率必须与开发板上为GTP提供时钟的晶振一致。官方文档中关于外部参考时钟使用示意图如下：

　　GTP有两个参考时钟输入端口，经差分-单端转换后通过两个PLL产生收发器发送和接收时钟。若TX和RX线速率一致使用同一个PLL产生时钟，否则需要使用两个不同的PLL。开发板中差分晶振连接GTPREFCLK0，且收发速率相同，故PLL Selection TX和RX均选择PLL0，TX Clock Source选择REFCLK0。这里我使用到两个收发器，根据开发板原理图和数据手册选择GTP_X0Y4和GTP_X0Y5.最后使能收发器内部的PRBS生成器和检测器，便于测试了链路性能。

3 Encoding and Clocking

　　GTP收发器内部处理带宽只有2byte，而GTX等速率更高的收发器是4byte，此处外部数据接口位宽选择32bit确保后期收发器使用部分的经验也适用于GTX等收发器。编码方式采样8B/10B编码，这是个比较重要的概念。这一编码方式最主要的目的是“直流平衡”，即根据特定的编码表实现数据传输过程中比特“0”和比特“1”的数量基本一致，且减少连0和连1的情况。编码后的数据流具有较多的跳变，有助于接收端时钟数据恢复（CDR）。DRP/System Clock Frequency是动态重配置或系统工作时钟，通过DPR可以让设计者根据所选线速率和定义的协议实时调整收发器参数，本人没有用到，新手就不要碰了。系统时钟选择100MHz，可通过外部PLL IP核产生。

　　第二个重要的部分就是Synchronization and Clocking。查看ug482相关部分：

　　发现PCS部分有两个时钟域：XCLK和TXUSRCLK。根据文档说明要保证数据正确传输，必须使用TX Buffer或者TX Phase Alignment。缺省情况下使用TX Buffer较为稳定且简单，但相比后者延迟较高。简单应用中使用Buffer即可，因此本例中TX Buffer和RX Buffer均选中。

　　TXUSERCLK的时钟源只能是由参考时钟驱动的TXOUTCLK，而RXUSERCLK的时钟源选择根据具体情况而定：

　　总之就是，当使用同一个晶振作为发送器和接收器参考时钟源时，TXOUTCLK可以驱动RXUSRCLK；当使用不同晶振时，若使能clock correction才可以用TXOUTCLK驱动RXUSRCLK，否则要使用RXOUTCLK驱动。这里保持默认均使用TXOUTCLK驱动TXUSRCLK和RXUSRCLK。

4 Comma Alignment and Equalization

　　这里要引入comma码的概念。8B/10B编码表中有12个控制字符，以大写字母K开头，用于一些控制功能。K码中的comma码用于接收端时钟校准和数据对齐，K28.5（对应用户数据为16'hbc）最为常见。因为数据在链路中以穿行方式传输，所以接收端必须对其进行串并转换。在这一过程中，由于无法直接找到串行数据流中的每个数据的最高位或最低位比特，即使已知并行数据位宽也不能顺利转换成与发送端一致的并行数据。看下user guide中示意图你就明白了：

　　下边的RX Equalization是收发器自带的接收均衡器，用来补偿由于物理信道中的高频衰减引起的信号损伤。均保持默认。

5 PCIE,SATA,PRBS

　　这一页的功能就比较高级了，说实话我不会。有需要用到PCIE的朋友可以关注下，这个虽然比较复杂，但找工作还是很有优势的，很多招聘要求中都有写！此处只把最下边的PRBS相关端口选择上，便于测试用途。

6 CB and CC Sequence

　　Xilinx收发器IP核支持通道绑定，将多个收发器通道“绑定”成一个速率跟高的传输通道，利用FIFO消除其间的延时不确定性。Clock correction是最后一个重要的点。先来看看RX通道的结构和弹性缓存概念。

　　接收通道中同样有两个时钟域：从CDR恢复出的XCLK和接收通道工作时钟RXUSRCLK。RX通道使用RX Elastic Buffer来桥接两时钟域，但由于两者细微的差异会使缓存变空或溢出。为此引入时钟矫正，在发送端周期性发送一些特殊字符，接收端在弹性缓存快满时删除这些字符，快空时复制这些字符从而保证缓存内数据维持动态平衡的状态。

　　本例只使用一个数据通道，此页保持默认配置，不做修改。

7 Summary

　　只想说一句：终于结束了！这是我见过最麻烦的IP核，没有之一！看下总结页，USRCLK的时钟频率是USRCLK2的2倍，这是因为收发器内部通道数据位宽仅是外部接口位宽的二分之一，因此频率必须增大一倍才能保证数据来得及处理。可以点OK了。本文对GTP IP核的配置做了简单分析和总结，仅适用于新手。本人也在学习中，有不妥之处请在评论中指教。