使用OSERDES發(fā)送高速串行數(shù)據(jù)

OSERDES實(shí)現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換，只需要管發(fā)送并不需要管接收到的數(shù)據(jù)如何，所以它的操作相對(duì)于ISERDES來說簡單；

本文將介紹OSERDES的IP核生成，OSERDES原語介紹，OSERDES級(jí)聯(lián)使用以及ISERDES，Idelay接收串行數(shù)據(jù)的幾種方法。

與上一篇文章的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，這篇也將從可視化的SelectIO的設(shè)置講起，從簡單到復(fù)雜；

在IP Catalog里面找到"SelectIO"，接下來跟著這般操作：

數(shù)據(jù)總線設(shè)置

參數(shù)的意義如下：

• Interface Template：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Custom
• Data BUS Direction：這一次需要發(fā)送數(shù)據(jù)，選擇Output
• Data Rate: 數(shù)據(jù)總線是SDR還是DDR，DDR內(nèi)容可以看（LVDS差分信號(hào)簡單處理）2. DDR信號(hào)的處理
• Serialization Factor: 串化因子，也就是IP核的輸入并行數(shù)據(jù)位寬；SDR Rate：可設(shè)為2,3,4,5,6,7,8；DDR Rate：可設(shè)為4,6,8,10,14；
• External Data Width: 外部輸出數(shù)據(jù)的位寬，默認(rèn)設(shè)1
• I/O signaling:設(shè)置差分還是單端以及IO電壓標(biāo)準(zhǔn)

時(shí)鐘設(shè)置

這一部分的內(nèi)容可以參考使用ISERDES接收高速串行數(shù)據(jù)，內(nèi)容一樣；

數(shù)據(jù)和延時(shí)設(shè)置

這個(gè)地方不做設(shè)置的原因是因?yàn)椋覀冊(cè)跍y試ISERDES和OSERDES，需要排除使用Idelay的影響，因此這個(gè)地方不做任何延時(shí)；

最后一鍵OK，OSERDES的相關(guān)IP核就生成好了。從IP核最底層的verilog文件可以看到，它的實(shí)現(xiàn)跟OSERDES2原語有關(guān)，從UG471我們可以知道OSERDES2的相關(guān)內(nèi)容；

首先關(guān)注OSEDES2的屬性內(nèi)容，它的重要屬性決定的因素如下：

• DATA_RATE_OQ：決定OQ端口輸出的數(shù)據(jù)速率，可選SDR或DDR；
• DATA_RATE_TQ：決定TQ端口輸出的數(shù)據(jù)速率，可選BUF, SDR或DDR；
• DATA_WIDTH: 根據(jù)"DATA_RATE_OQ"確定具體數(shù)值；SDR Rate：可設(shè)為2,3,4,5,6,7,8；DDR Rate：可設(shè)為4,6,8,10,14；
• SERDES_MODE：確定OSERDES是主模塊還是從模塊，這跟OSERDES級(jí)聯(lián)使用有關(guān)，具體內(nèi)容請(qǐng)看下面的內(nèi)容；
• TRISTATE_WIDTH：這跟"DATA_RATE_TQ"有關(guān)，大多情況都設(shè)為1，它的具體設(shè)置關(guān)系如下：

TRISTATE_WIDTH設(shè)置參數(shù)表 UG471 Table 3-8

OSERDES原語圖 UG471 Figure 3-14

OSERDES原語的端口定義如上圖所示，其中重要的端口設(shè)置如下：

• OQ：串行數(shù)據(jù)輸出，直接到IOB，也就是直接連接到IOBUF，ODELAY等特殊結(jié)構(gòu)
• SHIFTOUT1/2：級(jí)聯(lián)時(shí)使用，詳見下文
• CLK：高速時(shí)鐘，串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入
• CLKDIV：慢速時(shí)鐘，并行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入
• D1 to D8：并行數(shù)據(jù)輸入，當(dāng)并行數(shù)據(jù)多于8bit不超過14bit，可以使用OSERDES級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)的使用方法詳見下文
• OCE：串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘使能信號(hào)輸出
• RST：高復(fù)位信號(hào)輸入
• SHIFTIN1/2: 級(jí)聯(lián)時(shí)使用，詳見下文

其他沒有提到的輸入信號(hào)可以設(shè)為0，輸出信號(hào)可以不用連接；

CLKDIV與CLK的聯(lián)系：

假設(shè)接收的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘為256MHz，串化因子為8，則CLKDIV為32MHz；

SDR：CLKDIV = CLK/DATA_WIDTH

DDR: CLKDIV = 2 * CLK/DATA_WIDTH

注意CLK和CLKDIV不一定是相位對(duì)齊的；

OSERDES2數(shù)據(jù)時(shí)延：

雖然與ISERDES2相比，沒有"Mode"屬性設(shè)置，但CLK和CLKDIV不一定是相位對(duì)齊的，它的輸出數(shù)據(jù)相對(duì)于輸入數(shù)據(jù)也有相應(yīng)的時(shí)延，具體的延時(shí)與DATA_WIDTH，DATA_RATE_OQ，DATA_RATE_TQ有關(guān)；關(guān)系如下：

OSERDES時(shí)延參數(shù)對(duì)照表 UG471 Table 3-11

以最簡單的2:1 SDR串化為例：

2:1 SDR UG471 Figure 3-16

1. Event1時(shí)，數(shù)據(jù)從FPGA其他部分邏輯傳到OSERDES2的D1-2端口
2. Event2時(shí)，數(shù)據(jù)在CLKDIV上升沿被OSERDES2采樣
3. Event3時(shí)，OQ端口產(chǎn)生相應(yīng)的輸出串行數(shù)據(jù)

所以，是不是也可以推出下圖Event所發(fā)生的事情呢？條件為8:1 DDR。

8:1 DDR UG471 Figure 3-17

OSERDES級(jí)聯(lián)使用：

當(dāng)并行數(shù)據(jù)多于8bit不超過14bit時(shí)，可以采用兩個(gè)OSERDES2級(jí)聯(lián)的使用方法，示意圖如下，

擴(kuò)展并行輸入數(shù)據(jù)位寬 UG471 Figure 3-15

上圖已經(jīng)示意的比較清楚，操作步驟可分為三步。

1. 兩個(gè)OSERDES2的"SERDES_MODE"設(shè)置，一個(gè)需要設(shè)為"MASTER"，另一個(gè)設(shè)為"SLAVE"；
2. 將"SLAVE"的"SHIFTOUT1/2"連接至"MASTER"的"SHIFTIN1/2"；
3. "MASTER"的D1-D8輸入并行數(shù)據(jù)的低8位，"SLAVE"的D3-D8可以連接輸入并行數(shù)據(jù)的高6位；

我在調(diào)試一款AD的過程中接觸到了SelectIO中的相關(guān)知識(shí)，由表及里，看過一些I/OSERDES接收數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)方法：

1. 首先讓發(fā)送方發(fā)送特殊字符，接收方接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)Idelay的參數(shù)，直到出現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)果（不一定是發(fā)送的特殊字符），Idelay參數(shù)記為C1；
2. 繼續(xù)調(diào)節(jié)Idelay的參數(shù)，直到結(jié)果不再穩(wěn)定，Idelay參數(shù)記為C2；
3. Idelay參數(shù)設(shè)為（C1+C2）/2 ，此時(shí)接收的并行數(shù)據(jù)穩(wěn)定為一個(gè)定值；
4. 如果穩(wěn)定的輸出結(jié)果不是約定的特殊字符，調(diào)節(jié)Bitslip移動(dòng)字符的邊界，直至輸出結(jié)果為約定的特殊字符；
5. 利用其他的通信方式或方法，告知發(fā)送方可以正常發(fā)送數(shù)據(jù)；

更有甚者直接使用ISERDES，Idelay調(diào)節(jié)CLK，

1. 將CLK作為串行數(shù)據(jù)，使用ISERDES轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)后，調(diào)節(jié)Idelay；
2. 記錄最后一次并行數(shù)據(jù)全為0的時(shí)候的Idelay參數(shù)C1；
3. 繼續(xù)調(diào)節(jié)，記錄第一次并行數(shù)據(jù)全為1的時(shí)候的Idelay參數(shù)C2；
4. Idelay參數(shù)設(shè)為（C1+C2）/2 ，此時(shí)CLK的時(shí)鐘對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的位置裕量充足；

仿真結(jié)果可以參看使用ISERDES接收高速串行數(shù)據(jù)

總結(jié)：

1. OSERDES2可以使用SelectIO IP核設(shè)置簡化原語設(shè)置流程；但OSERDES2原語設(shè)置會(huì)更加精細(xì)。
2. OSERDES的數(shù)據(jù)時(shí)延以及級(jí)聯(lián)使用方面見上面的內(nèi)容。