為實(shí)現(xiàn)大容量交換機(jī)與高速率通信設(shè)備之間的高效數(shù)據(jù)傳輸，高速接口的理解與使用愈發(fā)顯現(xiàn)出其重要地位。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中計(jì)劃使用四個(gè)GTH高速串行接口，分別采用了10G以太網(wǎng)接口協(xié)議以及Aurora64b66b接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)交換板到測(cè)試設(shè)備的連接并通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)片外回環(huán)，以達(dá)到快速理解接口協(xié)議并能夠熟練使用該兩種高速接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的目的。

二、接口簡(jiǎn)介

1、 GT接口簡(jiǎn)介

應(yīng)用在高速串行接口的數(shù)據(jù)收發(fā)。在A7系列芯片中叫GTP、在K7系列叫GTX、V7系列叫GTH，對(duì)于不同速度等級(jí)的高速通信的物理接口，原理基本一致。

1.1、收發(fā)器結(jié)構(gòu)

對(duì)于每一個(gè)串行高速收發(fā)器，其分為兩個(gè)子層：PCS（物理編碼子層）和 PMA（物理媒體連接子層）。PCS 層主要進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼以及多通道的處理；PMA 層主要進(jìn)行串并、并串轉(zhuǎn)換，預(yù)加重、去加重，串行數(shù)據(jù)的發(fā)送、數(shù)據(jù)時(shí)鐘的提取。可以使用ibert IP核對(duì)接口進(jìn)行回環(huán)測(cè)試，確定該接口是否可以正常使用。

GT接口發(fā)送端處理流程：首先用戶邏輯數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)8b/10b編碼后，進(jìn)入一個(gè)發(fā)送緩存區(qū)，該緩沖區(qū)主要是PMA子層和PCS子層兩個(gè)時(shí)鐘域的時(shí)鐘隔離，解決兩者時(shí)鐘速率匹配和相位差異的問(wèn)題，最后經(jīng)過(guò)高速Serdes進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換。接收端和發(fā)送端過(guò)程相反，具體實(shí)現(xiàn)可參考ug476_7Series_Transceivers進(jìn)行學(xué)習(xí)。

1.2、GT時(shí)鐘使用說(shuō)明

7系列FPGA通常按照bank來(lái)分，對(duì)于GTX/GTH的bank，一般稱為一個(gè)Quad，原因是Xilinx的7系列FPGA隨著集成度的提高，其高速串行收發(fā)器不再獨(dú)占一個(gè)單獨(dú)的參考時(shí)鐘，而是以Quad來(lái)對(duì)串行高速收發(fā)器進(jìn)行分組，四個(gè)串行高速收發(fā)器和一個(gè)COMMON（QPLL）組成一個(gè)Quad，每一個(gè)串行高速收發(fā)器稱為一個(gè)Channel，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從底層角度看，由于CPLL是每個(gè)Channel獨(dú)有的，所以CPLL的所有接口都在Channel這個(gè)底層模塊中。而QPLL是另外使用了一個(gè)叫common的底層模塊。GTX中QPLL和CPLL，除了數(shù)目（每個(gè)Quad有一個(gè)QPLL四個(gè)CPLL）和歸屬(QPLL屬于common，CPLL屬于Channel)不同之外，最大的不同在于支持的最高線速率頻率不同。CPLL最高只有6.xG，而QPLL可以超過(guò)10G（具體數(shù)值要根據(jù)器件的速度等級(jí)來(lái)查詢DataSheet）。

對(duì)于7系列的GTX來(lái)說(shuō)，每個(gè)Quad有兩個(gè)外部差分參考時(shí)鐘源，每個(gè)外部參考時(shí)鐘的輸入必須經(jīng)過(guò)IBUFDS_GTE2原語(yǔ)之后才能使用。7系列FPGA支持使用南北相鄰Quad的參考時(shí)鐘作為當(dāng)前Quad的參考時(shí)鐘，但是一個(gè)Quad的參考時(shí)鐘源不能驅(qū)動(dòng)超過(guò)3個(gè)Quad上的收發(fā)器（只能驅(qū)動(dòng)當(dāng)前Quad和南北方相鄰兩個(gè)Quad）。對(duì)于一個(gè)GTX Channel來(lái)說(shuō)，可以獨(dú)立選擇該收發(fā)器的參考時(shí)鐘，可以選擇QPLL，也可以選擇CPLL，需要注意的是，每一個(gè)Quad上只有一個(gè)QPLL資源，重復(fù)例化會(huì)導(dǎo)致布線報(bào)錯(cuò)。

1.3、GT的主從概念

在我們使用GT 接口IP核時(shí)（Aurora和10GEthernet也適用），常提到的主核與從核的說(shuō)法并不準(zhǔn)確，這實(shí)際上只是我們?cè)谂渲肐P核時(shí)的一個(gè)共享邏輯的選項(xiàng)，如圖3所示：

該說(shuō)明中很清楚的表明，兩個(gè)選項(xiàng)分別表示了收發(fā)器的QPLL、時(shí)鐘和復(fù)位邏輯等是包含在內(nèi)核本身還是示例設(shè)計(jì)（example design）中，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們常把共享邏輯包含在內(nèi)核本身的IP稱為主核，內(nèi)核中不包含共享邏輯的IP稱為從核，其結(jié)構(gòu)如下圖4和圖5所示。從核與主核的區(qū)別是：我們可以在Example Design中修改共享邏輯。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，可以使用主核也可以使用從核，但要注意的是，若設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)主核后，則其內(nèi)部便使用了該Quad上的QPLL資源，在使用該Quad上的其他GTX接口時(shí)，不能再使用主核，也無(wú)需再給從核添加共享邏輯。

2、 Aurora接口簡(jiǎn)介

2.1、 概述

Aurora 協(xié)議是由Xilinx公司提供的一個(gè)開(kāi)放、免費(fèi)的鏈路層協(xié)議，可以用來(lái)進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的串行數(shù)據(jù)傳輸，具有實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的高效率和簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中使用的Aurora 64b66b協(xié)議是一個(gè)可擴(kuò)展的、輕量級(jí)的鏈路層協(xié)議，可以用于單路或者多路串行數(shù)據(jù)通信，單路可以實(shí)現(xiàn)總線位寬為64bit的數(shù)據(jù)與串行差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

2.2、 信號(hào)的連接

上一節(jié)有提到對(duì)于高速串行收發(fā)器，每一個(gè)Quad里僅可以使用一個(gè)QPLL（GTE2_COMMON），在我們生成一個(gè)Aurora從核并打開(kāi)其example design后，這部分共享邏輯就包含在其gt_common_support模塊中，該模塊會(huì)產(chǎn)生gt_qpllclk_quad2_out、gt_qpllrefclk_quad2_out等信號(hào)供IP核使用，當(dāng)我們生成一個(gè)Aurora主核時(shí)，該部分邏輯則包含在IP核內(nèi)部，QPLL會(huì)作為輸出信號(hào)從IP核輸出。而當(dāng)設(shè)計(jì)中需要2個(gè)及以上的GTX接口時(shí)，則需要將這一共享邏輯產(chǎn)生的信號(hào)輸出給所有需要使用的IP核。以主核+從核為例，下圖說(shuō)明了其部分信號(hào)的連接方式：

當(dāng)使用兩個(gè)從核時(shí)，上圖連線的這些信號(hào)均在example design的共享邏輯中產(chǎn)生，需要人為將其輸入到每一個(gè)接口IP中。

2.3、 時(shí)序邏輯

2.3.1、 鏈路建立

Aurora通道鏈路初始化完畢后會(huì)置位lane_up信號(hào)，表明接口可以接收數(shù)據(jù)；channel_up拉高時(shí)標(biāo)志接口可以發(fā)送數(shù)據(jù)。一般判斷這兩個(gè)信號(hào)均置位時(shí)認(rèn)為接口已完成初始化，可以開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.2、 數(shù)據(jù)傳輸

Aurora接口內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸格式如下圖所示：

圖7中，s_axi_tx_tready信號(hào)拉高時(shí)表示已準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，該信號(hào)由鏈路內(nèi)部的時(shí)鐘補(bǔ)償機(jī)制決定，不受人為控制，僅當(dāng)s_axi_tx_tvalid和s_axi_tx_tready兩個(gè)信號(hào)均被置為1時(shí)，才表明該時(shí)鐘周期內(nèi)總線數(shù)據(jù)被成功傳輸。

圖8中，m_axi_rx_tvalid表示當(dāng)前總線上的數(shù)據(jù)有效。

2.4、 接口硬件實(shí)現(xiàn)

SERDES是SERializer（串行器）/DESerializer（解串器）。它是一種主流的時(shí)分多路復(fù)用（TDM）、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）的串行通信技術(shù)。即在發(fā)送端多路低速并行信號(hào)被轉(zhuǎn)換成高速串行信號(hào)，經(jīng)傳輸媒介（連接器、銅線或光纖），最后在接收端高速串行信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成低速并行信號(hào)。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信技術(shù)充分利用傳輸媒體的信道容量，減少所需的傳輸信道和器件引腳數(shù)目，提升信號(hào)的傳輸速度，從而大大降低通信成本。

使用SERDES的好處除了可以最大程度上節(jié)省傳輸線的數(shù)量，還可以兼容板間傳輸和光纖傳輸。無(wú)論是通過(guò)何種方式連接，都需要使用XILINX的GTP/GTX高速串行傳輸接口。該接口的物理實(shí)現(xiàn)方式,是SERDERS，物理層的編碼方式可以選擇Aurora 8B10B或Aurora 64B66B，而應(yīng)用層可以選擇不同的協(xié)議，也可以不使用。

3、 10G以太網(wǎng)接口

可參考本公眾號(hào)之前文章：10G 以太網(wǎng)接口的FPGA實(shí)現(xiàn)，你需要的都在這里了。

3.1、 概述

10G 以太網(wǎng)包括10GBASE-X、10GBASE-R 和 10GBASE-W。10GBASE-X 使用一種特緊湊包裝，每一對(duì)發(fā)送器/接收器在 3.125Gbit/s 速度（數(shù)據(jù)流速度為 2.5Gbit/s）下工作。10GBASE-R 是一種使用 64B/66B 編碼（不再使用千兆以太網(wǎng)中所用的 8B/10B）的串行接口，數(shù)據(jù)流為 10.000Gbit/s。10GBASE-W 是廣域網(wǎng)接口，與 SONET OC-192 兼容，數(shù)據(jù)流為 9.585Gbit/s。本設(shè)計(jì)中使用的是Xilinx官方開(kāi)源IP核10G Ethernet subsystem中10GBASE-R模式以太網(wǎng)光接口。

3.2、 時(shí)鐘關(guān)系

對(duì)于FPGA內(nèi)部的時(shí)鐘布局主要分為以下4部分：

（a）輸入的差分參考時(shí)鐘經(jīng)過(guò)一個(gè)參考鐘專用緩存（IBUFDS_GTE2）變?yōu)閱味藭r(shí)鐘refclk，然后將refclk分為兩路，一路接到QPLL（QuadraturephasePhase Locking Loop），另一路時(shí)鐘經(jīng)過(guò)一個(gè)BUFG后轉(zhuǎn)變?yōu)槿謺r(shí)鐘coreclk，繼續(xù)將coreclk分為兩路，一路作為10G MAC核XGMII接口的收發(fā)時(shí)鐘（xgmii_rx_clk和xgmii_tx_clk），另一路用于驅(qū)動(dòng)10G Ethernet PCS/PMA IP核內(nèi)部用戶側(cè)的邏輯。

（b）對(duì)于QPLL輸出的兩路時(shí)鐘qplloutclk和qplloutrefclk，主要是用于IP核內(nèi)GTH收發(fā)器使用的高性能時(shí)鐘，其中qplloutclk直接用于驅(qū)動(dòng)GTH內(nèi)發(fā)送端的串行信號(hào)，其頻率為5.15625GHz。qplloutrefclk用于驅(qū)動(dòng)GTH內(nèi)部部分邏輯模塊，頻率為156.25MHz。

（c） txoutclk是由10G Ethernet PCS/PMA IP產(chǎn)生的一個(gè)322.26MHz的時(shí)鐘，該時(shí)鐘經(jīng)過(guò)BUFG后分為兩路，其中txusrclk用于驅(qū)動(dòng)IP核內(nèi)GTH的32bits總線數(shù)據(jù)，txusrclk2用于驅(qū)動(dòng)IP核內(nèi)PCS層部分模塊。

（d）在實(shí)驗(yàn)室自研交換板（芯片型號(hào)xc7vx690tffg1761-2）上，25MHz的晶振產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘輸入到FPGA內(nèi)的PLL（Phase LockingLoop）模塊，PLL模塊以25MHz時(shí)鐘為驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘生成156.25MHz用戶鐘發(fā)送給10G MAC核用戶側(cè)。

3.3、 IP核配置

Vivado中10G以太網(wǎng) IP核的配置界面如下圖，該 IP 核符合 IEEE802.3-2008標(biāo)準(zhǔn)，包含 MDIO（PHY 管理接口），F(xiàn)CS 處理機(jī)制可配置，流量控制等功能。MAC 與 PHY 的接口使用標(biāo)準(zhǔn) XGMII 接口，其收發(fā)數(shù)據(jù)位寬均為64bit，頻率為 156.25MHz。MAC 核與用戶的接口為 AXI4_STREAM，其數(shù)據(jù)位寬為64bits，工作頻率也為156.25MHz。在shared logic選項(xiàng)卡中選擇了將共享邏輯包含在example design中，也即從核模式。

共享邏輯包含一個(gè)差分輸入時(shí)鐘緩沖器，該緩沖器連接到GT_COMMON塊，該Quad上最多可以有四個(gè)10G以太網(wǎng)子系統(tǒng)內(nèi)核共享此邏輯。

使用時(shí)鐘緩沖器（BUFG_GT）從收發(fā)器差分參考時(shí)鐘創(chuàng)建coreclk / coreclk_out。coreclk / coreclk_out的頻率與差分時(shí)鐘源的頻率相同。共享邏輯中的最終BUFG_GT來(lái)自GT_CHANNEL的TXOUTCLK，然后又連接到GT_CHANNEL，以提供收發(fā)器TX用戶時(shí)鐘（TXUSRCLK和TXUSERCLK2）。使用64位數(shù)據(jù)路徑時(shí)，此時(shí)鐘的頻率為156.25 MHz；使用32位數(shù)據(jù)路徑時(shí)，此時(shí)鐘的頻率為312.5MHz。需要注意的是，與IP核直接相連的用戶數(shù)據(jù)應(yīng)與coreclk對(duì)齊，即使本地的用戶時(shí)鐘頻率與coreclk頻率相同均為156.25MHz時(shí)，也可能因?yàn)榉峭炊鴮?dǎo)致相位偏差，因此也應(yīng)采用異步FIFO進(jìn)行跨時(shí)鐘域處理。

3.4、 信號(hào)連接

以1個(gè)主核+2個(gè)從核為例，下圖說(shuō)明了其部分信號(hào)的連接方式：

當(dāng)使用兩個(gè)從核時(shí)，上圖連線的這些信號(hào)均在example design的共享邏輯中產(chǎn)生，需要人為將其輸入到每一個(gè)接口IP中。

3.5、 數(shù)據(jù)傳輸

3.5.1、 鏈路建立

10G以太網(wǎng)通道鏈路初始化完畢后會(huì)置位core_ready信號(hào)，表明接口接口已完成初始化，可以開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.5.2、 數(shù)據(jù)格式

10G以太網(wǎng)接口用戶側(cè)采用的AXI-Stream總線數(shù)據(jù)格式如下圖所示：

3.6、 接口硬件實(shí)現(xiàn)

在遠(yuǎn)距離連接的場(chǎng)景中，銅導(dǎo)線已經(jīng)不能滿足如此長(zhǎng)距離，大數(shù)據(jù)量的通信，因此必須要采用光纖通信的方案。實(shí)現(xiàn)該方案需要使用光模塊。

光模塊是進(jìn)行光電和電光轉(zhuǎn)換的光電子器件。光模塊的發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，接收端把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光模塊按照封裝形式分類，常見(jiàn)的有SFP，SFP+，XFP等。光模塊的接口是完全兼容XILINX的GTP/GTX IO，接口電路如圖所示：

光模塊的種類有很多，下面只針對(duì)項(xiàng)目中常見(jiàn)的三種光模塊作介紹。

1）SFP光模塊

SFP光模塊是一種小型可插拔光模塊，目前最高速率可達(dá)10.3G（市面上基本為1.25G），通常與LC跳線連接。SFP光模塊主要由激光器構(gòu)成。SFP分類可分為速率分類、波長(zhǎng)分類、模式分類。SFP光模塊又包含了百兆SFP、千兆SFP、BIDI SFP、CWDM SFP和DWDM SFP。

2）SFP+光模塊

SFP+光模塊的外形和SFP光模塊是一樣的，傳輸速率可以達(dá)到10G，常用于中短距離傳輸。SFP+光模塊是一種可熱插拔的，獨(dú)立于通信協(xié)議的光學(xué)收發(fā)器。
3）XFP光模塊

XFP光模塊是一種可熱插拔的，獨(dú)立于通信協(xié)議的光學(xué)收發(fā)器。速率同樣可以達(dá)到10G，但是體積比SFP/SFP+光模塊要大。

通過(guò)比對(duì)分析，SFP+光模塊具有比XFP更緊湊的外形尺寸，比SFP更高的速率，因此在遠(yuǎn)距離光纖傳輸中是一種較為優(yōu)秀的方案。

本設(shè)計(jì)中10G以太網(wǎng)接口在硬件上采用SFP+光模塊實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

三、幀結(jié)構(gòu)分析

1、 以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

該部分內(nèi)容也可參看本公眾號(hào)之前文章：你見(jiàn)過(guò)物理層的以太網(wǎng)幀長(zhǎng)什么樣子嗎？

目前主要有兩種格式的以太網(wǎng)幀：Ethernet II（DIX 2.0）和IEEE 802.3。本設(shè)計(jì)使用Ethernet II幀結(jié)構(gòu)，其幀格式如圖13所示：

各字段具體說(shuō)明如下：

⑴ 前導(dǎo)碼（Preamble）：由0、1間隔代碼組成，用來(lái)通知目標(biāo)站作好接收準(zhǔn)備。

⑵ 目標(biāo)地址和源地址（Destination Address & Source Address）：表示發(fā)送和接收幀的工作站的地址，各占據(jù)6個(gè)字節(jié)。其中，目標(biāo)地址可以是單址，也可以是多點(diǎn)傳送或廣播地址。

⑶ 類型（Type）或長(zhǎng)度（Length）：這兩個(gè)字節(jié)在Ethernet II幀中表示類型（Type），指定接收數(shù)據(jù)的高層協(xié)議類型。

⑷ 數(shù)據(jù)（Data）：在經(jīng)過(guò)物理層和邏輯鏈路層的處理之后，包含在幀中的數(shù)據(jù)將被傳遞給在類型段中指定的高層協(xié)議。該數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度最小應(yīng)當(dāng)不低于46個(gè)字節(jié)，最大應(yīng)不超過(guò)1500字節(jié)。如果數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度過(guò)小，那么將會(huì)在數(shù)據(jù)段后自動(dòng)填充（Trailer）字符。相反，如果數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度過(guò)大，那么將會(huì)把數(shù)據(jù)段分段后傳輸。

⑸ 幀校驗(yàn)序列（FSC）：包含長(zhǎng)度為4個(gè)字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)值（CRC），由發(fā)送設(shè)備計(jì)算產(chǎn)生，在接收方被重新計(jì)算以確定幀在傳送過(guò)程中是否被損壞。

2、Spirent Testcenter業(yè)務(wù)流格式

當(dāng)使用Testcenter配置以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)，Testcenter會(huì)在以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)字段自動(dòng)添加20個(gè)字節(jié)的開(kāi)銷，即上圖中的Signature字段，該字段的各部分功能如下：

該字段包含32bit（4個(gè)字節(jié)）的流ID，支持40億個(gè)測(cè)試流。

該字段具有10納秒的時(shí)間戳分辨率

當(dāng)Spirent Testcenter在有效負(fù)載中插入PRBS23碼型時(shí)，PRBS位置1

Last位會(huì)告訴接收方時(shí)間戳所在字節(jié)

該字段具有一個(gè)內(nèi)置的UDP / TCP Checksum Cheater字段（用于在有效載荷中放置修飾符時(shí)使用）

由于該Signature字段是SpirentTestcenter業(yè)務(wù)流的唯一標(biāo)識(shí)，Testcenter通過(guò)識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)流的Signature字段來(lái)計(jì)算鏈路時(shí)延并判斷是否有丟幀的情況，此外，該字段在Testcenter軟件中不對(duì)用戶可見(jiàn)，也即我們無(wú)法人為的去配置這個(gè)字段，因此建議在處理數(shù)據(jù)幀時(shí)，不要?jiǎng)h改該字段信息。當(dāng)然，也可以選擇讓Testcenter不添加這一字段，但是這樣Testcenter在接收到以太網(wǎng)幀之后無(wú)法與已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行比較。本設(shè)計(jì)選擇的方案是默認(rèn)在Testcenter業(yè)務(wù)流后自動(dòng)添加Signature字段。

3、 自定義幀格式

本實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)EthernetII幀格式的基礎(chǔ)上重新定義了系統(tǒng)內(nèi)部幀格式，如下圖：

上圖中目的地址、源地址、幀類型和FCS字段均保留了EthernetII幀結(jié)構(gòu)，而為了邏輯簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將數(shù)據(jù)字段重新拆分成四個(gè)字段，其中預(yù)留字段僅起占位功能，Signature字段為Testcenter自動(dòng)填充的開(kāi)銷字段。實(shí)驗(yàn)中真正使用的也就是載荷部分的84字節(jié)。

四、數(shù)據(jù)處理流程

1、 實(shí)現(xiàn)方案

1.1整體架構(gòu)

10G以太網(wǎng)接口接收來(lái)自Testcenter測(cè)試設(shè)備發(fā)送過(guò)來(lái)的以太網(wǎng)幀，提取出關(guān)鍵字段將其拆分成并行的12路通道數(shù)據(jù)，與clk時(shí)鐘同步，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行組包，N個(gè)clk內(nèi)的數(shù)據(jù)組合成一幀，使用aurora64B66B將數(shù)據(jù)一幀一幀地發(fā)送出去，接收機(jī)對(duì)收到的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并還原成與內(nèi)部clk同步的12路通道數(shù)據(jù)，在將12路數(shù)據(jù)合并成以太網(wǎng)幀格式，通過(guò)10G以太網(wǎng)接口發(fā)送回Testcenter。實(shí)現(xiàn)框圖如下：

1.2、數(shù)據(jù)流程

根據(jù)上述設(shè)計(jì)架構(gòu)，本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流程如下圖：

五、主要模塊仿真RTL級(jí)驗(yàn)證

1、 10G以太網(wǎng)接口功能驗(yàn)證

在10G以太網(wǎng)接口1發(fā)送端寫入64位固定幀，接口將其轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出，在差分端打環(huán)，使接口1發(fā)送出的差分信號(hào)進(jìn)入接口2的接收端，將接收端恢復(fù)出的并行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。仿真結(jié)果如下圖：

在core_ready信號(hào)拉高后向接口1發(fā)送端pkt_tx_*寫入數(shù)據(jù)，將接口1與接口2的差分端相連，監(jiān)測(cè)接口2接收端pkt_rx_*恢復(fù)出的以太網(wǎng)幀。

2、 Aurora64B66B接口功能驗(yàn)證

在Aurora64B66B接口1發(fā)送端寫入64位固定幀，接口將其轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出，在差分端打環(huán)，使接口1發(fā)送出的差分信號(hào)進(jìn)入接口2的接收端，將接收端恢復(fù)出的并行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。仿真結(jié)果如下圖：

六、板級(jí)驗(yàn)證

1、 驗(yàn)證環(huán)境

實(shí)驗(yàn)選取實(shí)驗(yàn)室自研交換板（芯片型號(hào)xc7vx690tffg1761-2）,該交換板具有6個(gè)GTH光口，本設(shè)計(jì)選取4個(gè)光口進(jìn)行測(cè)試，左起1口、4口為10G以太網(wǎng)接口，通過(guò)光纖與Testcenter相連，如圖32所示。2口、3口為Aurora64B66B接口，通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)外環(huán)連接。

2、 測(cè)試流配置

在Testcenter配套軟件上配置業(yè)務(wù)流時(shí)，為直觀的驗(yàn)證本設(shè)計(jì)功能，為以太網(wǎng)幀配置payload，即添加custom header，如圖33所示：

3、 驗(yàn)證結(jié)果

通過(guò)Xilinx ila抓取部分信號(hào)，從圖34可以看到本設(shè)計(jì)可以成功的提取出以太網(wǎng)幀的載荷字段，并從中解析出并行的12路通道數(shù)據(jù)，前60字節(jié)與6.2中配置字段相同，本設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)良好。圖35中對(duì)Testcenter接收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并與已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行比較，表明本設(shè)計(jì)未出現(xiàn)丟幀、錯(cuò)幀情況。

七、附錄

下面提供實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的另一種思路：

在前幾章提及GT Quad中QPLL資源的問(wèn)題，即一個(gè)Quad上僅能夠使用一個(gè)QPLL，因此本設(shè)計(jì)使用了四個(gè)GTH接口共同使用一個(gè)共享邏輯，其QPLL時(shí)鐘信號(hào)需要驅(qū)動(dòng)2個(gè)10G以太網(wǎng)接口和2個(gè)Aurora64B66B接口。對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，梳理清楚GT時(shí)鐘并使用QPLL是具有一定困難的，最簡(jiǎn)單的方法是，將4個(gè)接口分別放置在兩個(gè)Quad上，即每?jī)蓚€(gè)GT接口共享一個(gè)QPLL資源，這樣可以直接使用Xilinx官方文檔中的1主帶1從的模式，盡可能的簡(jiǎn)化了代碼并大大減少調(diào)試中的困難。

本實(shí)驗(yàn)選擇的交換板上帶有標(biāo)準(zhǔn)FMC擴(kuò)展口，其上具有豐富的GT資源，下圖展示了FMC擴(kuò)展板與交換板的連接，以及通過(guò)同軸電纜將擴(kuò)展板上的差分端口相連實(shí)現(xiàn)外環(huán)。

編輯：hfy