基于Rocket I/O模块的高速工I/O设计
摘要：介绍了采用Videx-ⅡPR0系列FPCA设计的应用于下一代无线通信系统中的高速I／O。由于充分利用芯片中集成的RocketI／O模块，并采用差分输入参考时钟、8B／10B编码、预加重处理、通道绑定技术等，实现了四个绑定通道的高速互连(2．5Gbaud)。设计结果表明，采用RocketI／O模块进行高速I／O设计，可极大简化片上逻辑电路和片外PCB版图设计。
关键词：RocketI／O抖动差分线通道绑定眼图
由于通信对带宽的需求迅猛增长，促使一系列基于差分、源同步、时钟数据恢复(CDR)等先进技术的互连方式应运而生。在传统设计中，单端互连方式易受干扰、噪声的影响，传输速率最高只能达到200~250Mbps／Line；在更高速率的接口设计中，多采用包含有源同步时钟的差分串行传输方式(如LVDS、LVPECL等)，但在传输过程中时钟与数据分别发送，传输过程中各信号瞬时抖动不一致，破坏了接收数据与时钟之间的定时关系，因而传输速率很难超越1Gbps／Channel；XILINX公司推出了内嵌RocketI/O模块的VirtexⅡPRO系列FPGA，使实现更高的传输速率成为可能[1～3]。采用了CML(CurrentModeLogic)、CDR、线路编码(8B／10B)和预加重等技术的RocketI/O模块，可极大地减小时钟扭曲、信号衰减和线路噪声对接收性能的影响，从而使传输速率进一步提高。本文着重讨论如何配置RocketI／0模块，进行FPGA的片内、片外设计和仿真，从而在以10英寸差分线组互连的两片FPGA间达到2．5Gbaud／Channel的传输速率，并实现了四个双向通道的绑定操作。
图1
1Rocket，I／O特性
VirtexⅡPRO系列FPGA内嵌的RocketI／O模块是基于Mindspeed公司四代SkyRailTM技术开发的高速串行收发器，该系列FPGA单片最多集成了24路RocketI/O收发器，最大可提供75Gbps全双工通信带宽。RocketI/O模块灵活的配置方式使其可以提供对光纤通道、千兆以太网、XAUI、Infiniband、PCIExpress等一系列高速通信标准的支持。其主要特性为：(1)每个通道收发器支持从622Mbps至3．125Gbps的全双工传输速率；(2)收发器内嵌发送时钟生成电路和接收时钟恢复电路；(3)CDR源同步数据发送方式；(4)五级可编程输出电压幅度(800~1600mV)控制；(5)四级可编程输出预加重处理；(6)收发器支持交流和直流耦合方式，可兼容多种高速接口标准；(7)片内集成可编程差分终端电阻(50Ω、75Ω)；(8)支持片内串行和并行环回测试模式；(9)可编程标界检测符(comma)图样，提供对多种协议标准的支持。
RocketI／0收发器由物理媒质适配层(PMA)和物理编码子层(PCS)构成，如图1所示。其中PMA层属于收发器的数／模混和部分，包括串／并变换器、并／串变换器、差分发送驱动器、差分接收器、发送时钟生成电路、接收时钟恢复电路等。而PCS层属于收发器的数字部分，包括发送FIFO、8B／10B编码器、8B／10B解码器、CRC生成和校验、用于通道绑定和时钟修正的ElasticBuffer等。由于要支持多种高速串行通信标准，RocketI／O模块的PMA和PCS包含了许多配置参数，这些参数可以通过外部端口和内部配置寄存器进行设定。配置过程可以以静态(参数 《基于Rocket I/O模块的高速工I/O设计》
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关键词：RocketI／O抖动差分线通道绑定眼图
由于通信对带宽的需求迅猛增长，促使一系列基于差分、源同步、时钟数据恢复(CDR)等先进技术的互连方式应运而生。在传统设计中，单端互连方式易受干扰、噪声的影响，传输速率最高只能达到200~250Mbps／Line；在更高速率的接口设计中，多采用包含有源同步时钟的差分串行传输方式(如LVDS、LVPECL等)，但在传输过程中时钟与数据分别发送，传输过程中各信号瞬时抖动不一致，破坏了接收数据与时钟之间的定时关系，因而传输速率很难超越1Gbps／Channel；XILINX公司推出了内嵌RocketI/O模块的VirtexⅡPRO系列FPGA，使实现更高的传输速率成为可能[1～3]。采用了CML(CurrentModeLogic)、CDR、线路编码(8B／10B)和预加重等技术的RocketI/O模块，可极大地减小时钟扭曲、信号衰减和线路噪声对接收性能的影响，从而使传输速率进一步提高。本文着重讨论如何配置RocketI／0模块，进行FPGA的片内、片外设计和仿真，从而在以10英寸差分线组互连的两片FPGA间达到2．5Gbaud／Channel的传输速率，并实现了四个双向通道的绑定操作。
图1
1Rocket，I／O特性
VirtexⅡPRO系列FPGA内嵌的RocketI／O模块是基于Mindspeed公司四代SkyRailTM技术开发的高速串行收发器，该系列FPGA单片最多集成了24路RocketI/O收发器，最大可提供75Gbps全双工通信带宽。RocketI/O模块灵活的配置方式使其可以提供对光纤通道、千兆以太网、XAUI、Infiniband、PCIExpress等一系列高速通信标准的支持。其主要特性为：(1)每个通道收发器支持从622Mbps至3．125Gbps的全双工传输速率；(2)收发器内嵌发送时钟生成电路和接收时钟恢复电路；(3)CDR源同步数据发送方式；(4)五级可编程输出电压幅度(800~1600mV)控制；(5)四级可编程输出预加重处理；(6)收发器支持交流和直流耦合方式，可兼容多种高速接口标准；(7)片内集成可编程差分终端电阻(50Ω、75Ω)；(8)支持片内串行和并行环回测试模式；(9)可编程标界检测符(comma)图样，提供对多种协议标准的支持。
RocketI／0收发器由物理媒质适配层(PMA)和物理编码子层(PCS)构成，如图1所示。其中PMA层属于收发器的数／模混和部分，包括串／并变换器、并／串变换器、差分发送驱动器、差分接收器、发送时钟生成电路、接收时钟恢复电路等。而PCS层属于收发器的数字部分，包括发送FIFO、8B／10B编码器、8B／10B解码器、CRC生成和校验、用于通道绑定和时钟修正的ElasticBuffer等。由于要支持多种高速串行通信标准，RocketI／O模块的PMA和PCS包含了许多配置参数，这些参数可以通过外部端口和内部配置寄存器进行设定。配置过程可以以静态(参数 《基于Rocket I/O模块的高速工I/O设计》
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