与aurora 64B66B 发送端 AXI4-Stream接口 相连的FIFO设置

1 背景

1.1 关于Aurora 64b66b IP核

【PG074】1 简略学习Aurora 64B/66B IP核2.3.3 Streaming接口章节学习了Aurora 64b66b IP核的基础指示。

  1. Aurora Example Design的结构

整个Example Design的机构:

在这里插入图片描述

  1. 示例设计具体的module的结构:

在这里插入图片描述

在此基础上,我们只要简单的把FRAME_GENFRAME_CHECK两个模块的接口拎出来就可以用于自己的收发数据设计了。

  1. FIFO与Aurora 64b66b IP核的连接
    在AXI4-Stream Aurora 64B/66B Example Design的基础上进行开发,我们发送数据的FIFO需要与这个接口连接,设计的结构图为:

在这里插入图片描述

AXI4-S接口有关的信号在各模块中的说明,这里只说明发送相关的,其他见PG074:

LocalLink中的名字AXI4-S中的名字区别
TX_Ds_axi_tx_tdata只有名字区别
TX_SRC_RDY_Ns_axi_tx_tvalid名字区别,反相
TX_DST_RDY_Ns_axi_tx_tready名字区别,反相
  1. 发送数据时 AXI4-Stream 接口的时序:

在这里插入图片描述

1.2 关于FIFO的读操作模式

【PG057】FIFO Generator IP核学习3.3.2 读操作章节中学习了first-word fall-through (FWFT) 读模式。FIFO的这种读模式可以预读一个数据,当读使能到来时,再往下读取一个数据,也就是说实现了在与读使能同一个时钟周期中输出读取的数据。

时序图:

在这里插入图片描述

1.3 遇到的问题

相信学习了前面两个背景知识,可以很好的判断,如果用于这种接口的传输,FIFO的FWFT读模式是很适合的。
之前使用的是标准读模式,这会导致很难去对齐TX_DST_RDY_N信号。造成数据帧前面多发多少发数据。因为s_axi_tx_tready并不是一个有恒定规律的信号,IP核随时会打断。类似下面这种波形:

在这里插入图片描述

2 与Aurora 64b66b IP核AXI4-S发送接口相连的FIFO的设计

afifo afifo_u (
  .rst   (~I_reset_n   ),  // input wire rst
  .wr_clk(I_sync_clk   ),  // input wire wr_clk
  .rd_clk(I_user_clk   ),  // input wire rd_clk
  .din   (R_afifo_din  ),  // input wire [31 : 0] din
  .wr_en (W_afifo_wr_en),  // input wire wr_en
  .rd_en (W_afifo_rd_en),  // input wire rd_en
  .dout  (W_afifo_dout ),  // output wire [63 : 0] dout
  .full  (             ),  // output wire full
  .empty (             ),  // output wire empty
  .valid (W_afifo_valid)   // output wire valid
);
assign W_afifo_rd_en = W_afifo_valid && (~TX_DST_RDY_N); 

assign TX_D = W_afifo_dout;
assign TX_SRC_RDY_N = ~W_afifo_valid;  

已知当FIFO非空,也就是有数据需要发送时,W_afifo_dout会预读一个数据并且W_afifo_valid被置为高,此时TX_SRC_RDY_N被断言,数据等待被发送。当Aurora 64b66b IP核准备好发送(TX_DST_RDY_N为低)时,使能W_afifo_rd_en读取当前数据,并且在相同的时钟周期将数据传递给IP核。之后W_afifo_dout会在有数据需要发送时预读下一个数据。

<think>嗯,用户现在问的是Aurora 64B/66B,我得先确认自己对这个概念的理解是否正确。Aurora 64B/66B是Xilinx(现在属于AMD)开发的一个高速串行通信协议,主要用于FPGA之间的数据传输。用户可能是在做FPGA项目,需要了解这个协议的基本原理和应用场景。 首先,用户之前问过FIFO,现在转向Aurora协议,可能是在学习数据传输相关的知识。FIFO是数据缓冲,而Aurora涉及更底层的通信协议,所以用户可能是在搭建一个系统,需要处理高速数据传输的问题,比如在FPGA之间传输大量数据,比如图像处理或高频交易系统。 接下来,我需要解释Aurora 64B/66B的基本概念。要提到它是点对点的协议,使用64B/66B编码,这种编码方式的高效性,以及如何通过嵌入时钟来简化设计。同时,要说明其主要应用场景,比如雷达、医疗成像这些需要高带宽和低延迟的领域。 然后,可能需要详细说明技术特点,比如编码机制、数据通道、时钟恢复、协议简化等。这些技术点对于用户理解协议的优势很重要。用户可能关心为什么选择Aurora而不是其他协议,比如PCIe或以太网,所以需要比较这些协议的不同,强调Aurora的低开销和低延迟。 另外,用户可能想知道如何在实际项目中使用Aurora协议,所以给出一个简单的应用示例会有帮助,比如FPGA之间的视频流传输。同时,注意事项部分需要提醒用户关于时钟管理、误码率和资源消耗的问题,这些都是实际应用中可能遇到的挑战。 还要考虑用户可能的后续问题,比如如何调试Aurora链路,或者其他协议的集成,但当前回答需要集中在介绍Aurora本身。最后的相关问题部分,可以引导用户进一步探索,比如协议的具体实现步骤或其他协议的比较,这样能帮助他们深入理解。 需要确保语言清晰,避免过多技术术语,但又要准确。可能需要检查一下64B/66B编码的具体细节,比如每64位数据添加2位同步头,确保信息正确。另外,确认Aurora协议是否支持多通道绑定,这一点对于扩展带宽很重要,应该提及。 总结一下,回答结构应包括:基本概念、技术特点、应用场景、示例应用、注意事项和相关问题。这样用户能逐步理解Aurora协议的全貌,并知道如何应用到自己的项目中。</think>好的!**Aurora 64B/66B** 是 Xilinx(现为 AMD 旗下)推出的一种轻量级、高性能的 **点对点串行通信协议**,主要用于 FPGA(现场可编程门阵列)之间的高速数据传输。其核心设计目标是简化协议开销、提高带宽利用率,并支持灵活的通道扩展。以下从原理、技术特点和应用场景展开介绍。 --- ### **1. 基本原理** Aurora 64B/66B 基于 **64B/66B 编码技术**,属于物理层(PHY)链路层(Link Layer)结合的协议: - **64B/66B 编码**:将 **64 位数据** 封装为 **66 位传输单元**,其中前 2 位为同步头(Sync Header),用于标识数据帧类型(数据或控制字符)。这种编码方式相比传统的 8B/10B 编码(如 PCIe)**带宽利用率更高**(从 80% 提升至约 97%)。 - **点对点通信**:支持单通道或多通道绑定(Lane Bonding),通过多个物理通道并行传输数据,实现更高的总带宽。 - **时钟嵌入**:通过编码机制将时钟信息嵌入数据流中,简化接收的时钟恢复设计。 --- ### **2. 技术特点** | **特性** | **说明** | |------------------|-------------------------------------------------------------------------| | **高带宽效率** | 64B/66B 编码减少冗余,适合需要低延迟、高吞吐量的场景(如数据中心、雷达信号处理)。 | | **低协议开销** | 协议栈简单,无需复杂的握手或路由机制,降低 FPGA 资源占用。 | | **通道绑定** | 支持多通道并行传输(如 4x、8x 通道),轻松扩展至数十 Gbps 的带宽。 | | **弹性缓冲** | 内置弹性缓冲区(Elastic Buffer),解决跨通道时钟偏移问题。 | | **错误检测** | 通过 CRC 校验保障数据完整性,但协议本身不提供重传机制(依赖上层协议补充)。 | --- ### **3. 典型应用场景** 1. **FPGA 间高速互联** - 用于多 FPGA 协同计算系统(如金融高频交易、AI 推理加速),实现低延迟数据交换。 - 示例:雷达信号处理中,多个 FPGA 分别处理不同通道的信号,通过 Aurora 协议汇总结果。 2. **数据中心网络设备** - 作为芯片间(如 FPGA ASIC)的私有协议,替代部分以太网功能,减少协议栈开销。 3. **视频图像传输** - 支持未压缩视频流(如 4K/8K 分辨率)的实时传输,常见于医疗成像或工业检测设备。 --- ### **4. 简单应用示例(FPGA 间视频流传输)** ```verilog // Xilinx FPGA 中的 Aurora 核实例化示例 aurora_64b66b_0 aurora_inst ( .txp(txp), // 串行发送 .txn(txn), // 串行发送 .rxp(rxp), // 串行接收正 .rxn(rxn), // 串行接收负 .user_clk(user_clk),// 用户时钟 .sync_clk(sync_clk),// 系统同步时钟 .tx_data(tx_data), // 待发送数据(64 位) .tx_valid(tx_valid),// 数据有效信号 .rx_data(rx_data), // 接收数据(64 位) .rx_valid(rx_valid) // 接收数据有效信号 ); ``` *注:实际开发需配合 IP 核配置工具(如 Vivado IP Integrator)生成完整逻辑。* --- ### **5. 注意事项** - **时钟管理**:需严格匹配发送接收的参考时钟,避免因时钟漂移导致数据丢失。 - **误码率**:在高速率(如 25 Gbps 以上)下,信号完整性(PCB 布线、阻抗匹配)对误码率影响显著。 - **资源消耗**:Aurora 协议核会占用 FPGA 的 Transceiver 资源,需提前规划硬件设计。 --- ### **相关问题延伸** 1. **Aurora 64B/66B PCIe 协议有何本质区别?** - PCIe 是面向通用计算的复杂协议(支持多设备、路由、错误重传),而 Aurora 是轻量级点对点协议,牺牲功能多样性换取低延迟。 2. **如何解决 Aurora 协议无重传机制带来的可靠性问题?** - 可在上层协议(如自定义应用层)添加 CRC 校验和重传逻辑,或在物理层使用前向纠错(FEC)技术。 3. **是否支持跨厂商设备互联(如 Xilinx FPGA Intel FPGA)?** - 理论可行,但需确保双方均实现 Aurora 协议且参数(编码、通道绑定方式)完全一致,实际中可能存在兼容性挑战。 如果需要更具体的实现步骤或其他协议的对比分析,可以进一步探讨! 🚀
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