一文詳解Xilinx高速收發(fā)器Serdes

一、為什么要用Serdes

傳統(tǒng)的源同步傳輸，時(shí)鐘和數(shù)據(jù)分離。在速率比較低時(shí)（《1000M），沒有問(wèn)題。

在速率越來(lái)越高時(shí)，這樣會(huì)有問(wèn)題

由于傳輸線的時(shí)延不一致和抖動(dòng)存在，接收端不能正確的采樣數(shù)據(jù)，對(duì)不準(zhǔn)眼圖中點(diǎn)。然后就想到了從數(shù)據(jù)里面恢復(fù)出時(shí)鐘去采樣數(shù)據(jù)，即CDR

這樣就不存在延遲不一致的情況，有輕微的抖動(dòng)也不會(huì)影響采樣（恢復(fù)的時(shí)鐘會(huì)隨著數(shù)據(jù)一起抖動(dòng)）。

二 、為什么要用8b10b，64b66b？

1 提供足夠的跳變來(lái)恢復(fù)時(shí)鐘

這樣還有問(wèn)題，收發(fā)兩端必須共地，但往往很難實(shí)現(xiàn)。

于是采樣差分信號(hào)傳輸，為了防止共模電壓在接收端導(dǎo)致電流過(guò)大，使用電流驅(qū)動(dòng)模式?？吹浇邮斩擞?a href="http://ttokpm.com/tags/電容/" target="_blank">電容進(jìn)行交流耦合，隔直流。這樣又帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，需要DC平衡。所以有了下面另一個(gè)原因。

2 DC平衡，即0和1的數(shù)量要相等。

3 run length，0和1連續(xù)出現(xiàn)的最大長(zhǎng)度

AGC自動(dòng)增益控制需要交流分量才能實(shí)現(xiàn)放大

4 comma碼，K碼

在serdes上面的高速串行流在接收端需要重新串并轉(zhuǎn)化成多字并行，怎么找到字的邊界進(jìn)行對(duì)齊呢？

這就需要一個(gè)特殊的序列，這就是comma碼。

傳輸過(guò)程中需要的一些控制，最好不要和數(shù)據(jù)沖突了，這就是K碼。

基于以上四個(gè)原因，就有了8b10b，64b66b的出現(xiàn)。

三 、8b10b編碼

8b10b編碼一句話概括起來(lái)就是把8bit的數(shù)據(jù)變成10bit的數(shù)據(jù)，其中所有1或0的個(gè)數(shù)不會(huì)超過(guò)6個(gè)，并且連續(xù)的1或0的個(gè)數(shù)不會(huì)超過(guò)4個(gè)。這樣原本1024的漢明空間編碼后就大大減小了。其中有256個(gè)data碼和12K碼控制碼。這樣數(shù)據(jù)和控制碼不會(huì)重合。

其中K28.1，K28.5，K28.7可以作為分隔碼，也叫comma碼，用于接收端在串行的數(shù)據(jù)流中找到字節(jié)邊界。常用的K28.5即0xBC。因?yàn)檎鬏數(shù)臄?shù)據(jù)也可能有0xBC，怎么區(qū)分呢？是有一根單獨(dú)的控制線，tx_is_K在傳輸K碼時(shí)拉高，在傳數(shù)據(jù)時(shí)拉低，去控制8b10b的編碼模塊到底是編碼成數(shù)據(jù)還是控制K碼。

四、Xilinx Serdes的幾個(gè)細(xì)節(jié)

1.COMMA碼使用

K28.5，0xBC，+0101_111100，-1010_000011; 為檢測(cè)字節(jié)分割。

使用其它K碼，作為幀開始，幀結(jié)束，時(shí)鐘修正和數(shù)據(jù)對(duì)齊。

2.多字節(jié)處理

在數(shù)據(jù)率比較高的時(shí)候，外部位寬可能是2字（16位）或者4字（32位）。這是如果收發(fā)雙方不約定好在高低哪個(gè)字發(fā)送comma碼，這時(shí)是可以檢測(cè)字邊界，但接收端就會(huì)出現(xiàn)高低字節(jié)翻轉(zhuǎn)的情況。在任意對(duì)于單COMMA的數(shù)據(jù)對(duì)齊，選擇偶數(shù)字節(jié)對(duì)齊。發(fā)送的時(shí)候 0x5ABC-》2’b01。

也可以選擇發(fā)送組合的comma碼，就是把NP的comma拼接起來(lái)發(fā)送，這樣接收端就檢測(cè)16bit的雙字邊界。也可以避免上面的情況出現(xiàn)。發(fā)送的時(shí)候0xBCBC-》2’b11

注意：decode valid comma only不要選，因?yàn)檫€可能發(fā)送其他的K碼用于控制。反正8b10b是用的收發(fā)器硬核的資源，不用白不用。

3、環(huán)回設(shè)置：

1.“000”：正常模式

2.“001”：近端PCS環(huán)回

3.“010”：近端PMA環(huán)回

4.“100”：遠(yuǎn)端PMA環(huán)回

5.“110”：遠(yuǎn)端PCS環(huán)回

注意Xilinx例化的example的文件中配置的環(huán)回是預(yù)留環(huán)回接口的意思，仍然需要另外手動(dòng)配置。

4、fsm_down狀態(tài)機(jī)

在Monitor Data_Valid模塊，是用的frame_check的正確的信號(hào)，校驗(yàn)失敗會(huì)導(dǎo)致復(fù)位GTrxreset?？梢圆挥眠@個(gè)反饋，直接置1。需要手動(dòng)改一下。