Xilinx平臺Aurora IP介紹(二)時(shí)鐘與復(fù)位

前言

為什么每次都將時(shí)鐘和復(fù)位單獨(dú)拿出來講?

對于我們使用Xilinx或其他的成熟IP而言，IP相當(dāng)于一個(gè)黑匣子，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的邏輯功能我們知道，但是控制不了，只能默認(rèn)OK;一般而言，成熟IP都是經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證和使用，確實(shí)沒有什么問題。所以，IP能不能用，首先要做的就是確保時(shí)鐘和復(fù)位。

如果初始化不成功，我們也只能從這兩個(gè)方面入手檢查。

一、Aurora核的時(shí)鐘

打開Aurora配置界面，我們可以看到有三個(gè)時(shí)鐘：

參考時(shí)鐘、init clock、DRP CLOCK，如下圖所示：

對應(yīng)到代碼：

input INIT_CLK_P;

input INIT_CLK_N;

input DRP_CLK_IN;

input GTXQ0_P;

input GTXQ0_N;

1. GT Refclk ： 上一篇我們介紹過，Aurora其實(shí)是基于GT作為物理層實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)參考時(shí)鐘就是GT的參考時(shí)鐘，可以翻筆者之前介紹GTX時(shí)鐘博文詳細(xì)了解。由外部一對差分輸入時(shí)鐘而來，具體根據(jù)硬件而定。默認(rèn)值：125Mhz。

2. INIT CLK ：初始化時(shí)鐘，之所以要INIT CLK，是因?yàn)樵贕T復(fù)位時(shí)，user_clk是停止工作的;Xilinx推薦的配置是INIT CLK時(shí)鐘頻率要低于GT參考時(shí)鐘。另外，筆者在查看example design的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)GT復(fù)位是工作在INIT CLK。默認(rèn)值：50Mhz。

3. DRP CLK ： DRP時(shí)鐘，動態(tài)重配置，感覺沒怎么用到，默認(rèn)值：50Mhz。對于UltraScale器件而言，DRP CLK與INIT CLK相連接。

我們再打開example design，看看這幾個(gè)時(shí)鐘跟Aurora核是怎么連接的：

注意到?jīng)]，差分時(shí)鐘轉(zhuǎn)為單端時(shí)鐘，這里用了兩個(gè)原語：IBUFDS_GTE2是GT專用;IBUFDS則是一般情況使用。

那么，用戶邏輯時(shí)鐘又是多少呢?繼續(xù)上圖：

user_clk, 即是用戶邏輯時(shí)鐘，我們設(shè)計(jì)的用戶接口信號(AXI4-S接口)就是工作在該時(shí)鐘域。

而tx_out_clk，其實(shí)就是GTX里所講的gt_txoutclk。

這里一頓分析，只為了我們更好的了解Aurora核。如果只是使用，我們只需要按照IP配置界面選定的時(shí)鐘頻率給過去就好。

需要注意的是，參考時(shí)鐘必須由專用GT差分輸入時(shí)鐘得到，而INIT_CLK和DRP_CLK可以由PLL輸出。

二、復(fù)位設(shè)計(jì)

先來看下《PG046》文檔對復(fù)位的描述：

復(fù)位信號是用來將 Aurora 8B/10B core置為一個(gè)已知的開始狀態(tài)。在復(fù)位時(shí)，核停止當(dāng)前所有操作然后重新初始化一個(gè)新的channel。

channel：兩個(gè)Aurora所建立的鏈路，可以有多條lane，每條lane對應(yīng)一個(gè)高速收發(fā)器GT，統(tǒng)稱為channel。

在全雙工模式下，復(fù)位信號對channel的TX和RX都進(jìn)行復(fù)位。

在單工模式下，tx_system_reset復(fù)位TX鏈路，rx_system_reset復(fù)位RX鏈路。

而gt_reset則是復(fù)位高速收發(fā)器GT，最終也會復(fù)位Aurora核。(這說明GT復(fù)位更加底層，只要GT復(fù)位，就會對核進(jìn)行復(fù)位，后面代碼也會證實(shí)這一點(diǎn))

再來看兩個(gè)case：

CASE 1：全雙工配置下的系統(tǒng)復(fù)位

在全雙工配置模式下，復(fù)位信號應(yīng)至少保持6個(gè)時(shí)鐘周期(user_clk)。channel_up在3個(gè)時(shí)鐘周期(user_clk)后拉低，如下圖所示：

CASE2：全雙工配置下的GT復(fù)位

在全雙工配置模式下，GT復(fù)位信號應(yīng)至少保持6個(gè)時(shí)鐘周期(init_clk)。復(fù)位的結(jié)果user_clk會在幾個(gè)時(shí)鐘周期后停止，因?yàn)闆]有了來自GT的txoutclk。隨后，channel_up也會跟著拉低。跟前文講述一致。如下圖所示：

其他的就不再展開了，感興趣的可以詳細(xì)查閱《PG046》。

我們再從代碼的角度來看看復(fù)位：

Aurora復(fù)位信號有兩個(gè)，一個(gè)是系統(tǒng)復(fù)位RESET，一個(gè)是GT復(fù)位GT_RESET;復(fù)位邏輯就如同前文描述，具體到代碼，感興趣的可以查閱示例工程的reset_logic.v;這里直接給出結(jié)論：

1. GT復(fù)位更加底層，優(yōu)先級要高于系統(tǒng)復(fù)位RESET;也就是說，若GT復(fù)位，那么系統(tǒng)復(fù)位也拉高;《PG046》對復(fù)位的描述也是如此。

2. 當(dāng)GT復(fù)位沒有拉高時(shí)，根據(jù)輸入的系統(tǒng)復(fù)位RESET，使用移位寄存器對其打拍，輸出復(fù)位。

3. GT復(fù)位同步于INIT_CLK，所以先將其同步到user_clk時(shí)鐘域，再對Aurora進(jìn)行復(fù)位。

最后，Xilinx大佬操作來了!

①channel_up ： 只要channel_up信號為高，那么說明核初始化完成，且建立了channel，在channel_up拉高之前，lane_up會拉高。我們邏輯設(shè)計(jì)可以直接使用該信號，在初始化完成之后，再進(jìn)行邏輯操作。

②debug流程：具體查看P.105

后記

現(xiàn)在FPGA都集成了高速收發(fā)器硬核，各種協(xié)議的高速接口都是基于GT物理層來實(shí)現(xiàn)的。所以，在學(xué)習(xí)這些高速接口IP之前，最好先熟悉GT。后面就會發(fā)現(xiàn)很多東西都是通的。

審核編輯：湯梓紅