一、概述

IBERT（集成誤碼率測試儀）是xilinx為7系列FPGA GTX收發(fā)器設(shè)計(jì)的，用于評估和監(jiān)控GTX收發(fā)器。IBERT包括在FPGA邏輯中實(shí)現(xiàn)的模式生成器和檢查器，以及對端口的訪問和GTX收發(fā)器的動態(tài)重新配置端口屬性，還包括通信邏輯，以允許設(shè)計(jì)在運(yùn)行時(shí)通過JTAG進(jìn)行訪問。

IBERT工具用于對Xilinx FPGA芯片的高速串行收發(fā)器進(jìn)行板級硬件測試。通過IBERT可以獲取誤碼率，觀察眼圖，調(diào)節(jié)串行收發(fā)器的參數(shù)，從而有助于判斷可能存在的問題，便于驗(yàn)證硬件的穩(wěn)定性和信號完整性。

二、測試原理

GTX接收和發(fā)送方向均由PMA和PCS兩部分組成，PCS提供豐富的物理編碼層特性，如8b10b編碼、時(shí)鐘校準(zhǔn)等功能，PMA部分為模擬電路，提供高性能的串行接口特性，如預(yù)加重、均衡等功能。GTX同時(shí)還提供動態(tài)配置接口，用于動態(tài)的修改GTX的配置。

IBERT 工具的環(huán)回模式有近端PCS環(huán)回測試（路徑①），數(shù)據(jù)流僅通過近端GTX的PCS部分，可用于驗(yàn)證近端GTX中PCS收發(fā)雙向的設(shè)置；近端PMA環(huán)回測試（路徑②，數(shù)據(jù)流通過近端GTX的PCS、PMA，可用于驗(yàn)證近端GTX收發(fā)雙向的設(shè)置；遠(yuǎn)端PMA環(huán)回測試（路徑③），數(shù)據(jù)流通過近端GTX的PCS和PMA，遠(yuǎn)端的GTX的PMA部分，通過兩個(gè)GTX之間的物理連線，驗(yàn)證兩個(gè)GTX之間物理聯(lián)系的可靠性，以及驗(yàn)證兩個(gè)GTX的PMA部分設(shè)置的正確性；遠(yuǎn)端PCS環(huán)回測試（路徑④）驗(yàn)證近端收發(fā)器和遠(yuǎn)端收發(fā)器的通信狀況；以及None無環(huán)回模式即通過外部連接發(fā)送和接收。

遠(yuǎn)端PCS或PMA環(huán)回測試時(shí)板卡下載IBERT核生成的bit文件，通過兩個(gè)通道上的Tx和Rx接口互相連接，其中一個(gè)通道上的模式設(shè)置為Far_End_PMA或Far_End_PCS模式，另一個(gè)通道設(shè)置為默認(rèn)的None模式并監(jiān)測誤碼率。

Vivado中IBERT默認(rèn)模式為None模式，收發(fā)器通過外部連線由外部環(huán)回進(jìn)行自收自發(fā)而實(shí)現(xiàn)?？蓪⑼唤M收發(fā)器的TX和RX進(jìn)行短接，在RX接收端接收TX發(fā)送的數(shù)據(jù)后，通過比對發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，從而得出接收端誤碼的統(tǒng)計(jì)值。

三、測試過程

1、器件支持速率說明

GTP ， GTX ， GTH都是串行收發(fā)器，區(qū)別在速率不一樣，在不同的器件中叫的名字不同而已，由于在vivado創(chuàng)建工程時(shí)選擇對應(yīng)的器件型號，使用IBERT時(shí)會自動根據(jù)器件型號檢查所選的線速是否在器件支持的線速范圍以內(nèi)。

在示例中使用器件型號為xc7z030ffg676-2，在數(shù)據(jù)手冊中根據(jù)7系列-2的速度等級和FF封裝可查到該器件GTX的數(shù)據(jù)率范圍為0.5~10.3125G，因此在測試的過程測試速率應(yīng)在此范圍內(nèi)。（參考文檔DS182）

2、IBERT IP核配置

（1）首先打開vivado，新建工程后從IP Catalog找到IBERT并雙擊打開；

（2）IBERT測試協(xié)議選擇Custom1，GTX參考時(shí)鐘選擇頻率為125MHz，在配置的過程中，Refclk可選的頻率是由LineRate決定，由于在板卡上Refclk已固定為125MHz，因此測試所選擇的線速應(yīng)支持125MHz的參考時(shí)鐘。（以4G線速為例）

（3）在開發(fā)板中，差分時(shí)鐘與MGTREFCLK0112連接，因此參考時(shí)鐘選擇MGTREFCLK0112。

（4）將GTX輸入的125MHz的時(shí)鐘同時(shí)作為IBERT內(nèi)部邏輯的工作時(shí)鐘，這樣就可以不使用額外的外部時(shí)鐘。

（5）配置結(jié)束后點(diǎn)擊OK

（6）完成配置后，右擊打開exampledesign工程

（7）打開exampledesign工程后，經(jīng)過Synthese、Implementation，生成bit文件即可進(jìn)行燒錄。

3、測試

（1）近端PCS或PMA環(huán)回測試（Near-End PCS/PMA loopback）

無需外部連線，燒錄成功后，在Serial I/O Links窗口創(chuàng)建連接，將同1個(gè)GTX中同一個(gè)通道的TX和RX建立link。（也可以選擇auto-detectlinks）

建立link后，若鏈路中連續(xù)五個(gè)數(shù)據(jù)傳輸成功，則認(rèn)為鏈路連通，否則為未連通。在serial I/O link最右端的loopback mode選擇近端PCS（或PMA）環(huán)回模式，在改變模式時(shí)可能會出現(xiàn)誤碼，需要點(diǎn)擊reset重新監(jiān)測。

經(jīng)過一段時(shí)間測試， Errors的數(shù)值一直為0，表明測試過程中沒有出現(xiàn)誤碼，說明板級層面的GTX硬件工作穩(wěn)定。

眼圖可以更直觀的觀察GTX的信號完整性，右鍵所連接的link，選擇create scan，便可以生成眼圖。

在Serial I/O link窗口中，errors為誤碼個(gè)數(shù)，BER為誤碼率，在reset之后，errors和BER會恢復(fù)為0重新統(tǒng)計(jì)，通常在改變其他的參數(shù)后可能會出現(xiàn)少量的誤碼，此時(shí)需要reset后重新統(tǒng)計(jì)誤碼。TX Pre-Cursor和TX Post-Cursor為預(yù)加重和后加重，TX Diff Swing為擺幅，RX Pattern和TX Pattern為輸入、輸出數(shù)據(jù)類型，提供不同位寬的偽隨機(jī)碼、慢時(shí)鐘（101010……）和快時(shí)鐘（11111111110000000000……），需要注意的是輸入和輸出的數(shù)據(jù)類型應(yīng)設(shè)置為同一種類型，Loopback Mode為環(huán)回模式，默認(rèn)為None無環(huán)回模式，Near-End PCS為近端PCS環(huán)回模式，Near-End PMA為近端PMA環(huán)回模式，F(xiàn)ar-End PCS為遠(yuǎn)端PCS環(huán)回模式，F(xiàn)ar-End PMA為遠(yuǎn)端PMA環(huán)回模式。若信號傳輸質(zhì)量不夠理想，可以通過在serial I/O link的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，再重新掃描眼圖查看是否有改善。

為了測試GTX四個(gè)通道的誤碼率，創(chuàng)建多個(gè)links，對四個(gè)通道都進(jìn)行近端環(huán)回測試

（2）遠(yuǎn)端PMA環(huán)回測試（Far-End PMA loopback）

在一個(gè)板卡上燒錄ibert生成的bit文件，將其中兩個(gè)通道的Tx和Rx接口互連，一個(gè)通道設(shè)置為Far-EndPMA模式，另一個(gè)通道設(shè)置為None模式并監(jiān)測誤碼情況和眼圖。

創(chuàng)建對應(yīng)連接的link并查看誤碼率和眼圖

（3）遠(yuǎn)端PCS環(huán)回測試（Far-End PCS loopback）

在一個(gè)板卡上燒錄ibert生成的bit文件，將其中兩個(gè)通道的Tx和Rx接口互連，一個(gè)通道設(shè)置為Far-End PCS模式，另一個(gè)通道設(shè)置為None模式并監(jiān)測誤碼情況和眼圖。

創(chuàng)建對應(yīng)連接的link并查看誤碼率和眼圖

（4）None模式的測試方式

板卡下載IBERT核生成的bit文件，然后將同一通道的Tx與Rx接口連接起來，環(huán)回模式設(shè)置為None，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自收。

四、總結(jié)

通過環(huán)回和開環(huán)方式的誤碼率測試，可判斷出存在的問題以及測試出板卡實(shí)際支持的速率。IBERT可在運(yùn)行過程中設(shè)置高速串行收發(fā)通道的各項(xiàng)參數(shù)，并提供了多種環(huán)回模式及多種測試激勵(lì)源，并可通過自動掃描測試，確定收發(fā)的最佳參數(shù)。可以滿足硬件測試時(shí)對高速串行收發(fā)通道信號測試的大部分需求，在故障定位等場合均可使用。
編輯：lyn