VU13P+47DR PCIE接口光纤处理板

信号处理模块支持插入标准的服务器中使用,也可以+12V供电独立供电使用,支持多卡级联。模块基于VU13P+47DR架构,对外接口有PCIe3.0×16、PCIe4.0×8(国产器件)、40G/100G/200G以太网、千兆以太网、GPIO和串口等。FPGA搭载2组80bit位宽+1组32位宽的DDR4存储器,2个FMC+(兼容FMC子板)接口,满足VITA57.1和VITA57.4规范(只全互联了LA[33:0]和GTY[15:0]),支持标准的FMC或FMC+子卡接入。全部器件选择工业级和以上质量等级元器件。

应用行业:

软件无线电SDR、无线通信原型验证、算法验证

频谱监测测向、雷达侦察定位、卫星调制解调

数据采集存储、波形生成与回放

产品特点:

  1. 支持8收(5Gsps@14bit)8发(9.8Gsps@14bit)的宽带AD/DA
  2. 2个FMC+接口,满足双宽规范
  3. 3组DDR4,其中两组位宽80bit,1组位宽32位
  4. 支持PCIe3.0x16、40G/100G/200G等高速接口
  5. 支持多卡级联(通过MICO或光纤口)
  6. 板载PLL,支持外参考同步所有的GTY时钟
  7. 支持通过以太网远程更新固件程序
  8. 支持监控状态监控
  9. 单电源+12V供电,支持插入标准服务器或单独使用
  10. 板载GPS/BD模块,也支持IRIG-B码时统输入
  11. 供电充足(VU13P核电源150A,47DR核电源50A),满足满负荷FPGA程序运行
  12. 一体化散热器,支持加固、三防处理

主要技术参数:

  1. FPGA: XCVU9P、XCVU13P可选配
  2. FPGA外挂3组DDR4,分别80bit、80bit和32bit
  3. ZYNQ的PS外挂1组DDR4,位宽64bit
  4. 两个FMC+扩展连接器,全互联了LA[33:0]和GTY[15:0]
  5. 支持GPS/BD授时和定位、IRIG-B码接口
  6. QSFP-DD光纤接口,支持UDP/IP、TCP/IP、RapidIO、Aurora协议,速率≥25Gbps
  7. 温度监控:可以检测PCB板、环境或散热片温度
  8. 电压监控:FPGA自带电压监控功能
  9. LED灯:电源指示灯1颗,状态指示灯4颗
  10. PCIe3.0×16:金手指
  11. PCIe4.0×8:MICO接口,支持PCIe、SATA、NVME等互联
  12. QSFP+_DD接口:支持8路10G以太网、2路40G以太网、2路100G以太网、1路200G以太网,同时也支持UDP/TCP、RapidIO、Aurora协议
  13. GPIO口:16路,分2组,分别为12路和4路,支持3.3V电平,速率最高40MHz
  14. RS232口:2路标准RS232电平,速率最高120Kbps
  15. RS485口:2路半双工,速率最高12Mbps,兼容RS422电平
  16. 千兆网口:1路,RJ45连接器, 支持10M/100M/1000M BASE-T
  17. 外时钟接口:SMA,到PLL的参考时钟输入
  18. 外接电源口:直流+12V,
  19. 输出电源:支持输出(500mA电流)+12V或+3.3V供外接天线使用
  20. PCB板尺寸:111.15mm×246mm×2 slot
  21. DC +12V(±5%),功耗45W~145W(根据FPGA的频率和使用资源消耗)
  22. 工作温度:-20~+45℃、-40~+60℃可选
  23. FPGA的所有管脚已例化
  24. FPGA读写DDR4、RS232/485/GPIO接口回环、PCIe接口识别到卡、获取板卡温度、接收GPS/BD模块数据、千兆以太网络PHY与计算机联通、光纤接口测试、LED跑马灯等
  25. ADC采数案例、DAC发数案例
  26. 模块用户手册(含硬件及软件说明、模块结构及散热注意说明)
  27. 产品出货:模块1张(带FPGA散热片)、配套连接器(不带线),不含光模块,保修卡1份(FPGA为易损件不保修)
  28. 合格证、测试报告
<think>好的,我现在需要回答用户关于如何使用Xilinx Virtex UltraScale+ VU13P FPGA实现100G光纤通信方案的问题。首先,用户的需求是技术方案或配置方法,所以我要涵盖硬件设计、IP核使用、配置步骤和注意事项。 首先,VU13P是Xilinx的高端FPGA,适合高速通信。100G通常采用100G Ethernet或OTN协议,可能需要使用像100G BASE-R这样的标准。接下来,硬件部分需要考虑光模块,比如QSFP28,它支持100G,并且接口是GTH或GTY收发器。用户需要确认板卡是否有这些接口,或者需要设计相应的电路。 然后是IP核的选择。Xilinx的CMAC(100G Ethernet MAC)和Interlaken IP核是常用的。CMAC支持IEEE 802.3bj,需要配置正确的接口和参数,比如数据通道宽度和时钟频率。Interlaken适用于长距离传输,可能需要更多的配置步骤。 接下来是逻辑设计部分。用户需要实现数据封装,比如将数据打包成以太网帧,处理CRC和FCS。SerDes配置也很重要,需要设置正确的线速率,如25.78125 Gbps每通道,四通道合并到100G。时钟管理方面,确保参考时钟和恢复时钟符合标准,避免时序问题。 配置步骤需要具体说明,比如在Vivado中创建工程,选择器件型号,添加IP核并进行参数设置。生成Example Design进行仿真,然后综合实现,生成比特流下载到FPGA。验证阶段包括使用ILA抓取信号,测试吞吐量和误码率,以及光模块的链路训练。 注意事项方面,信号完整性是关键,PCB设计要符合高速布线的要求,比如差分对长度匹配和阻抗控制。电源设计要满足收发器的高功率需求,散热也不能忽视。另外,固件开发需要处理错误检测和链路恢复机制。 用户可能还关心如何优化设计,比如使用部分重配置节省资源,或者如何调试常见的链路问题。需要确保引用的资料正确,比如参考Xilinx的官方文档和应用笔记,特别是关于CMAC和GTY收发器的部分。最后,生成的相关问题要覆盖硬件选择、IP核比较、时钟管理、验证方法、优化技巧和兼容性考虑,帮助用户深入理解各个方面。</think>### 使用Xilinx Virtex UltraScale+ VU13P实现100G光纤通信的技术方案 #### 1. **硬件架构设计** - **光模块选择**:采用QSFP28光模块(支持4×25G NRZ或2×50G PAM4),需匹配IEEE 802.3bm/by标准[^1]。 - **FPGA收发器配置**:VU13P集成GTY高速收发器,支持28Gbps~32.75Gbps线速率,需配置为4通道绑定模式(4×25.78125Gbps)实现100Gbps带宽。 - **协议栈实现**: - **物理层**:通过GTY实现PCS(Physical Coding Sublayer)和PMA(Physical Medium Attachment) - **MAC层**:使用Xilinx 100G Ethernet Subsystem IP核完成MAC帧封装/解封装 #### 2. **核心IP核配置(Vivado环境)** ```tcl # 创建100G以太网子系统IP create_ip -name cmac_usplus -vendor xilinx.com -library ip -version 3.1 \ -module_name cmac_100g set_property -dict { CONFIG.CMAC_CAUI4_MODE {1} CONFIG.GT_REF_CLK_FREQ {161.1328125} CONFIG.GT_GROUP_SELECT {Quad_X0Y8} CONFIG.ENABLE_PIPELINE_REG {1} } [get_ips cmac_100g] ``` - **关键参数**: - **GT参考时钟**:161.1328125 MHz(对应25.78125Gbps线速率) - **数据总线宽度**:512bit @ 322.265625MHz(AXI4-Stream接口) - **FEC配置**:根据光链路质量选择RS-FEC(528,514)或Firecode #### 3. **逻辑设计要点** - **数据路径设计**: ``` User Logic → AXI4-Stream FIFO → 100G MAC IP → GTY Transceiver → QSFP28 ↑ ↓ Statistics/Status Flow Control ``` - **时序约束示例**: ```tcl create_clock -name gt_txusrclk -period 3.103 [get_pins cmac_100g/gt_txusrclk2] set_clock_groups -asynchronous -group [get_clocks gt_txusrclk] \ -group [get_clocks user_clk] ``` #### 4. **验证与调试** - **眼图测试**:通过IBERT IP核监控GTY信号质量,确保眼图张开度>0.3UI - **误码率测试**:使用PRBS31测试模式验证BER<1e-12 - **协议一致性**:通过Spirent TestCenter验证RFC2544吞吐量及延迟 #### 5. **功耗优化(VU13P特定)** - 启用GTY电源门控技术,空闲通道可降低功耗40% - 使用UltraScale+的SSI技术,将设计分布到多个Super Logic Region(SLR) - 动态调整收发器偏置电压(需光模块支持)
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