Aurora8B10B(二) 从手册和仿真学习Aurora8B10B

一. 简介

在上篇文章中，主要结合IP配置界面介绍了一下Aurora8B10B，这篇文章将结合文档来学习一下Aurora8B10B内部的一些细节 和 相关的时序吧。文档主要是参考的是这个 pg046-aurora-8b10b-en-us-11.1

二. Aurora8B10B内部细节

在手册上，对Aurora8B10B的内部并没有做非常信息的说明，所以我们也不用纠结的特别深入，大概的了解一下有效带宽和延时大概是多少就可以了，重点还是放在如何使用上。

1. 数据: 在用户发送每一帧数据的时候,Aurora8B10都会在数据的开始位置增加2byte的SCP和末尾增加2btye的EOF来表示数据帧的开始和结束标志(如果用户的数据btye数为奇数的话，会为其增加额外的一个PAD byte来使数据为偶数)。所以为了最大传输带宽，用户每次传输的数据byte数最好为偶数。
2. 时钟补偿: 传输通道每10000 bytes需要进行一次时钟补偿，每次时钟补偿需要发送12 bytes的数据，需要消耗6个或者3个时钟周期，在这期间用户是不能进行数据传输的，有效带宽又进一步减少了。
3. 传输延时：从发送端发送第一个数据开始，到接收端接收到第一个数据结束所消耗的时间，最小的延时为41个用户时钟周期，对时延有要求的话，这里需要着重注意。

需要注意的点，就以上三点，其它更细节的地方可以去研究官方文档。

微信公众号 : FPGA之旅 出品

三. Aurora8B10B 模块信号

这部分才是学习的重点，同样对于一些不重要的信号，或者这个信号很重要，但是在我使用的过程中，这个重要的信号我不care的，在下面的介绍中就一笔带过了，有对应需求的可以在官方文档里快速查找对应信号的功能(这样介绍起来，毕竟太费键盘了O(∩_∩)O)。

本次设计的IP配置如下(上篇文章中 已经对IP的配置进行了详细的讲解)：

1. 数据位宽4Btyes,线速率6.25,GT Refclk 125M,INT(DRP) CLk 50，数据模式双向，接口是Framing，其它都没有选
2. GT 收发器选择一个Lane，Shared Logic选择 in core，其它的都不勾选。

最后得到的端口信号如下，接口信号挺多的，但是设计上使用到的却只有那么几个而已，和DDR MIG IP差不多，下面就按类别进行介绍。

1. IO信号: 连接到对应bank的IO Pin上

// GT Serial I/O
.rxp                                (       aurora_rxp_pin_i            ),
.rxn                                (       aurora_rxn_pin_i            ),
.txp                                (       aurora_txp_pin_o            ),
.txn                                (       aurora_txn_pin_o            ),

2. GT的参考时钟: 由外部差分时钟输入，引脚相对固定

   // GT Reference Clock Interface
   .gt_refclk1_p                       (       gt_refclk1_p_i              ),
   .gt_refclk1_n                       (       gt_refclk1_n_i              ),
   .gt_refclk1_out                     (       gt_refclk1_out              ),
   

3. 错误标识信号: 当出现错误时，对应信号会拉高

 // Error Detection Interface
.frame_err                          (       aurora_error[0]             ),
.hard_err                           (       aurora_error[1]             ),
.soft_err                           (       aurora_error[2]             ),

4. IP初始化成功信号: 当IP初始化成功，并且接收方与发送方握手成功后拉高，只需要对channel_up信号进行判断即可

 // Status
.lane_up                            (                                   ),
.channel_up                         (       channel_up                  ),

5. 系统接口: 只需要操作gt复位和系统复位两个信号即可，初始化时钟自行输入即可，可以是单端信号(IP配置时勾选即可)。这个两个复位信号是在初始化时钟域下进行的。

​ loopback用来设置回环模式的，power_down设置0即可正常工作

复位说明:

    // System Interface
.sync_clk_out                       (                                   ),
.gt_reset                           (       gt_reset                    ),
.reset                              (       reset                       ),
.sys_reset_out                      (                                   ),
.gt_reset_out                       (                                   ),
.power_down                         (       'd0                         ),
.loopback                           (       'd0                         ),
.tx_lock                            (                                   ),
.init_clk_p                         (       init_clk_p_i                ),
.init_clk_n                         (       init_clk_n_i                ),
.init_clk_out                       (       init_clk_out                ),
.tx_resetdone_out                   (                                   ),
.rx_resetdone_out                   (                                   ),
.link_reset_out                     (                                   ),

6. 动态配置信号，在IP运行过程中，可以对其进行动态配置，一般来说，用不到，可以不用管

//DRP Ports
.drpclk_in                          (   init_clk_out                    ),  
.drpaddr_in                         (   'd0                             ), 
.drpen_in                           (   'd0                             ), 
.drpdi_in                           (   'd0                             ), 
.drprdy_out                         (                                   ), 
.drpdo_out                          (                                   ), 
.drpwe_in                           (   1'b0                            ), 

7. GT COMMON信号输出: 由于我们选择的是in core，所以在IP里面包含了这个模块，输出的信号可以给其他收发器使用。

//____________________________COMMON PORTS_______________________________{
.gt0_pll0refclklost_out             (                                   ),
.quad1_common_lock_out              (                                   ),
//----------------------- Channel - Ref Clock Ports ------------------------
.gt0_pll0outclk_out                 (                                   ),
.gt0_pll1outclk_out                 (                                   ),
.gt0_pll0outrefclk_out              (                                   ),
.gt0_pll1outrefclk_out              (                                   ),
//____________________________COMMON PORTS_______________________________}
.pll_not_locked_out                 (                                   )

8. 用户接口: 最后就是我们的用户接口了，是一个非常简单的AXI stream接口 ，直接看时序图吧

.user_clk_out                           (   user_clk_out                    ),
    // AXI TX Interface
.s_axi_tx_tdata                         (   s_axi_tx_tdata                  ),
.s_axi_tx_tkeep                         (   s_axi_tx_tkeep                  ),
.s_axi_tx_tvalid                        (   s_axi_tx_tvalid                 ),
.s_axi_tx_tlast                         (   s_axi_tx_tlast                  ),
.s_axi_tx_tready                        (   s_axi_tx_tready                 ),
    
    // AXI RX Interface
.m_axi_rx_tdata                         (   m_axi_rx_tdata                  ),
.m_axi_rx_tkeep                         (   m_axi_rx_tkeep                  ),
.m_axi_rx_tvalid                        (   m_axi_rx_tvalid                 ),
.m_axi_rx_tlast                         (   m_axi_rx_tlast                  ),

其中tlast和tkeep两个信号需要注意一下，在发送接收一帧数据时，在最后一个数据需要tlast会拉高，同时tkeep会指示最后一个数据中有效的byte数是多少。

四. 仿真

仿真的时候，我们只需要给时钟和复位信号就可以了，主要观察到channel_up信号拉高了，就说名IP可以正常使用了, tb如下:

    reg gt_reset;
    reg reset;
    reg aurora_rst_n_i;
    reg gt_refclk1_p    ;
    reg gt_refclk1_n    ;
    reg init_clk_p      ;
    reg init_clk_n      ;
    wire aurora_rxp_pin  ;
    wire aurora_rxn_pin  ;
    wire aurora_txp_pin  ;
    wire aurora_txn_pin  ;


    assign aurora_rxp_pin = aurora_txp_pin;
    assign aurora_rxn_pin = aurora_txn_pin;
    always@(*) #2.5 gt_refclk1_p <= ~gt_refclk1_p;
    always@(*) gt_refclk1_n <= ~gt_refclk1_p;
    always@(*) #10 init_clk_p <= ~init_clk_p;
    always@(*) init_clk_n <= ~init_clk_p;
    initial begin
        gt_refclk1_p = 1'b1;
        gt_refclk1_n = 1'b0;
        init_clk_p   = 1'b1;
        init_clk_n   = 1'b0;
        aurora_rst_n_i = 1'b1;
        gt_reset = 1'b0;
        reset    = 1'b0;
   
        #10
        reset = 1'b1;
        #100
        gt_reset = 1'b1;
        #1000
        gt_reset = 1'b0;
        #200
        reset = 1'b0;
    end

仿真到360us的时候，channel_up拉高了。就可以根据时序图正常进行读写操作了。到这里就结束了，可以根据自己需要进行读写设计了。