1 數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層的主要功能將AD轉(zhuǎn)換器采樣的數(shù)據(jù)映射成8bit位寬的字節(jié)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)應(yīng)用的情況不同，分為4中情況：

一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的單個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)一條數(shù)據(jù)傳輸通道

一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的多個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)一條數(shù)據(jù)傳輸通道

一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的單個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道

一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的多個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道
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系統(tǒng)可能存在多個(gè)AD轉(zhuǎn)換同時(shí)連接在一個(gè)傳輸系統(tǒng)中，但是對(duì)于其內(nèi)部的數(shù)據(jù)的映射方式來說，是相對(duì)獨(dú)立的，并且各個(gè)AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的映射與上述的4中描述方式保持一致。

每一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)被映射成一個(gè)F個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)幀，在許多應(yīng)用中，frame clock的時(shí)鐘頻率會(huì)與sample clock 的時(shí)鐘頻率保持一致，但是同時(shí)JESD204允許AD轉(zhuǎn)換器工作在過采樣的狀態(tài)下，S表示AD轉(zhuǎn)換器過采樣的系數(shù)，S必須為整數(shù)，如S為2時(shí)，表示AD工作在2倍的過采樣頻率上，在這種情況下，AD采樣的2次的數(shù)據(jù)將映射到同一幀上。

設(shè)定每次AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)精度為N，如14bit轉(zhuǎn)換精度的AD，N的值將會(huì)設(shè)定為14。

為了更精確的表示傳輸結(jié)果，會(huì)加入一些附加的信息，稱為控制位（controlbit），控制位表示的具體意義系統(tǒng)設(shè)計(jì)者自己定，如控制位可以表示該次轉(zhuǎn)換是否正常。

除了control bit，還有一種稱為tail bit，該tail bit主要完成兩個(gè)功能：

第一、在轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)無(wú)法整合為整數(shù)的數(shù)據(jù)幀時(shí)，用tail bit作為補(bǔ)充，如轉(zhuǎn)換器的精度為13bit，控制位長(zhǎng)度為1bit時(shí)，映射14bit的數(shù)據(jù)到2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)幀，會(huì)有2bit的余量，此時(shí)將用tailbit作為補(bǔ)充。

第二、 該tail bit可以根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)0和1的個(gè)數(shù)，來控制數(shù)據(jù)幀的整體的極性，以保持?jǐn)?shù)據(jù)幀的直流平衡，也就是可以讓數(shù)據(jù)幀中0和1的個(gè)數(shù)保持一致。

根據(jù)上述描述的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)映射可以分為以下幾個(gè)形式。

1.1 單數(shù)據(jù)通道映射

在這種模式下，AD轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的數(shù)據(jù)將映射到一個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通道中，具體的映射規(guī)則描述如下。

1.1.1 正常采樣的數(shù)據(jù)映射
本小節(jié)描述的是AD在沒有過采樣的情況下數(shù)據(jù)的映射方式。一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器可以包含M個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，其實(shí)就是表示AD轉(zhuǎn)球器可以包含M個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，如圖10所示，圖中所有的數(shù)據(jù)都是從0開始計(jì)數(shù)，其中MSB表示數(shù)據(jù)的最高位，LSB表示數(shù)據(jù)的最低位，具體的數(shù)據(jù)映射規(guī)則如下：

采樣的數(shù)據(jù)將線性的從數(shù)據(jù)采樣單元0、單元1的順序進(jìn)行數(shù)據(jù)的映射。

數(shù)據(jù)采樣的結(jié)果將先映射為word，也就是16bit的位寬，當(dāng)采樣的數(shù)據(jù)沒有control bit時(shí)，采樣的數(shù)據(jù)將直接擴(kuò)展為16bit，當(dāng)采樣器有有效的control bit時(shí)，映射分為兩種情況：

1、 每次采樣數(shù)據(jù)的control bit映射對(duì)應(yīng)采樣數(shù)據(jù)的最低位以后。

2、 采樣數(shù)據(jù)直接映射為16bit的word，而所有的control bit單獨(dú)的映射成一個(gè)控制字，控制的字的第一bit對(duì)應(yīng)的就是轉(zhuǎn)換單元converter0的controlbit，如此類推。

CF表示數(shù)據(jù)幀中controlword的個(gè)數(shù)，在單傳輸通道的情況下，CF的值可以為0或者1，而數(shù)據(jù)幀中word的個(gè)數(shù)將表示為：M+CF。

當(dāng)一個(gè)word中有效的bit位數(shù)不是4的倍數(shù)時(shí)，用tail bit進(jìn)行補(bǔ)充，補(bǔ)充完成的數(shù)據(jù)如圖10所示，被稱為“NG“，當(dāng)然這個(gè)步驟在系統(tǒng)對(duì)傳輸效率要求很好的情況下也可以跳過。一個(gè)轉(zhuǎn)換word中，N’表示word中的有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，同時(shí)N’是4的倍數(shù)，也就是說N’可以是4、8、12、16。而當(dāng)N’的值大于N時(shí)，大于部分的值由controlbit或者tail bit補(bǔ)充。

注意：

在CF=0時(shí)，也就是說controlbit與sample data組合在同一個(gè)word中時(shí)，tail bit不會(huì)出現(xiàn)在sample data 和control bit中間，但是可以連接在control bit后面，也就是說word在映射是，順序是sample data 、control bit、tail bit。

在CF=1時(shí)，sample data和control bit 將在不同的數(shù)據(jù)中，在這種情況下，sample data在映射時(shí)，他后面是可以直接連接 tail bit的。

Tail bit必須保證在映射完后，數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度是8bit的倍數(shù)，也就是保證幀長(zhǎng)是整數(shù)個(gè)字節(jié)。

上述映射完的數(shù)據(jù)幀將被分解為F個(gè)octet傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層。

圖10：正常采樣數(shù)據(jù)的映射

圖11展示了兩種不同的數(shù)據(jù)映射方式，一種是JESD204 2006年的協(xié)議版本，一種是2011年6月的版本。在2006年的版本中，tail bit只能出現(xiàn)在每一幀的結(jié)尾，而在2011年的版本中，tail bit可以出現(xiàn)在一個(gè)sample data的后面，圖11便是兩種協(xié)議下的數(shù)據(jù)映射方式。

圖11：不同協(xié)議版本的數(shù)據(jù)映射對(duì)比

圖12的例子是control bit單獨(dú)放在一個(gè)word中的映射情況。

圖12：control bit單獨(dú)放置的映射示意圖

1.1.2 過采樣的數(shù)據(jù)映射
在過采樣的情形下，數(shù)據(jù)的映射與沒有過采樣是的數(shù)據(jù)映射是相識(shí)的，如圖12所示，圖中參數(shù)S表示在AD過采樣的系數(shù)。

圖12：過采樣數(shù)據(jù)映射

圖13是一個(gè)4x12bit數(shù)據(jù)精度的AD在2被過采樣情況下的數(shù)據(jù)映射圖。

圖13：過采樣數(shù)據(jù)映射示意圖

1.1.3 多數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)映射
如果系統(tǒng)連接了L條數(shù)據(jù)通路，每一個(gè)數(shù)據(jù)通路sample data的映射是相同的，但是，在最后一步時(shí)，LxF個(gè)octet會(huì)線性的分布到每一個(gè)數(shù)據(jù)通道中，其映射的方式如圖14所示。

圖14：多數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)映射

相對(duì)于單個(gè)數(shù)據(jù)通道的情況，多通道的數(shù)據(jù)映射需要注意以下幾點(diǎn)：

參數(shù)HD控制單一的采樣數(shù)據(jù)是否通過多數(shù)據(jù)通道進(jìn)行傳輸。在HD=0時(shí)，在有效數(shù)據(jù)不能構(gòu)成完整數(shù)據(jù)幀時(shí)，可以用tail bit進(jìn)行數(shù)據(jù)填充，而當(dāng)HD=1時(shí)，采樣數(shù)據(jù)將會(huì)被拆分到其他數(shù)據(jù)通道中。

參數(shù)CF表示control word的個(gè)數(shù)，控制那個(gè)數(shù)據(jù)通道將傳輸control word。CF=0表示沒有control word。

圖15：沒有控制字的多數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)映射

圖15展示了16x（11+2）-bit的采樣數(shù)據(jù)的映射情況，M=16表示16個(gè)轉(zhuǎn)換單元，N=11表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度，CS=2表示2bit的control bit。在沒有單獨(dú)控制字的情況下，每一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)將由11bit的采樣數(shù)據(jù)和2bit的控制數(shù)據(jù)組成13bit的采樣數(shù)據(jù)。所以在每一個(gè)word中，需要加入3bit的tail bit來保證N’是4的倍數(shù)。

圖16：包含單控制字的多數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)映射

圖16中，所有的control bit都組合到單獨(dú)的控制字中，在這個(gè)情況下，數(shù)據(jù)傳輸效率大大的提升，數(shù)據(jù)幀的幀周期由32個(gè)減少到了28個(gè)。這種情況下，可以節(jié)約一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道。但是這種方式也一定的缺陷，在圖15的傳輸方式中，如果想單獨(dú)傳輸轉(zhuǎn)換器0的數(shù)據(jù)只需要啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸通道0即可，而在圖16的映射方式中，單獨(dú)轉(zhuǎn)換器0的數(shù)據(jù)將需要啟動(dòng)數(shù)據(jù)通道0、1和6。

圖17：包含兩個(gè)控制字的多數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)映射

圖17中，所有的control bit都組合到2個(gè)的控制字中，在這個(gè)情況下，并沒有節(jié)約數(shù)據(jù)傳輸通道。但是通道中有剩余的用于其他的采樣數(shù)據(jù)。

1.2 SystemC中數(shù)據(jù)傳輸層的設(shè)計(jì)

對(duì)于此次的SystemC的模型，主要針對(duì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是AD9250，所以在設(shè)計(jì)中，是根據(jù)AD9250的數(shù)據(jù)映射方式來完成該部分的設(shè)計(jì)。參考AD9250的數(shù)據(jù)手冊(cè)可以得到以下的信息。

S：過采樣的系數(shù)，AD9250中過采樣系數(shù)S值恒為1，表示AD9250不支持過采樣。

M：轉(zhuǎn)換單元個(gè)2，默認(rèn)M=2，表示AD內(nèi)兩個(gè)轉(zhuǎn)換通道同時(shí)工作，也可以設(shè)定為1。

L：數(shù)據(jù)傳輸通道的個(gè)數(shù)，表示有2個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道，可以設(shè)定為1或者2。

N：數(shù)字轉(zhuǎn)換精度 N=14。

N’：有效采樣的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，N’=16。

CF：控制字的個(gè)數(shù)，AD9250中CF=0，表示沒有控制字

CS：control bit個(gè)數(shù)，AD9250中可以設(shè)置，范圍為0:2。

K：multiframe中frame的個(gè)數(shù)，用戶設(shè)置

HD：高密度傳輸，HD=0。

F：表示一幀中otect的個(gè)數(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸通道L=1，M=2時(shí)，F(xiàn)=4，當(dāng)L=2，M==2時(shí)，F(xiàn)=2。

C：control bit，表示control bit的具體意義，可以是4種情況：overrange、overflow、underflow、available。

T：tail bit

SCR：scrambler 使能

FCHK：自動(dòng)計(jì)算和存儲(chǔ)JESD204B的參數(shù)值

圖18：AD9250的傳輸層映射圖

如圖18所示，AD9250內(nèi)的包含2個(gè)轉(zhuǎn)換單元（通道），2個(gè)Lane（轉(zhuǎn)換通道）。根據(jù)參數(shù)設(shè)定，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為4種情況：

AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的1個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)1條數(shù)據(jù)傳輸通道

AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的2個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)1條數(shù)據(jù)傳輸通道

AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的1個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)2個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道

AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)的2個(gè)轉(zhuǎn)換單元對(duì)應(yīng)2個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道

如上表所示，在不同的結(jié)構(gòu)關(guān)系下，參數(shù)的值是固定的。

圖19：AD9250的數(shù)據(jù)映射圖

上圖為數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的仿真圖，a_stream_out/b_stream_out為AD采樣輸出的14bit數(shù)據(jù)，a_lane_Frame_Data/b_Lane_Data為加入tail bit后輸出的幀數(shù)據(jù)。