Xilinx FPGA的GTx

本文详细介绍了Xilinx的GigabitTransceiver(GTx)系列,包括GTP、GTR、GTX、GTH、GTZ、GTY、GTM等,探讨了它们在不同FPGA系列中的集成情况及性能。GTx支持多种高速接口,如PCI Express、10GBASE-R、Interlaken等,并使用LVDS和CML差分信号标准进行数据传输。文章还深入解析了GTx的PCS和PMA组件,以及它们在高端系列中的功能增强。

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Xilinx的针对Gigabit应用的FPGA基本都会集成一些高速串行接口,统称为
Gigabit Transceiver(GTx),包括GTP、GTR、GTX、GTH、GTZ、GTY、GTM(传输速率不断增加)等,不同系列的FPGA集成的GTx不同,详见表1。

表1 不同系列FPGA集成的GTx及性能

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GTx transceiver支持如下高速接口(不同系列,集成度不一样,有些只有在高端系列中才有):
PCI Express, Revision 1.1/2.0/3.0;
10GBASE-R;
Interlaken;
10 Gb Attachment Unit Interface (XAUI), Reduced Pin eXtended Attachment Unit Interface (RXAUI), 100 Gb Attachment Unit Interface (CAUI), 40 Gb Attachment Unit Interface (XLAUI);
Common Packet Radio Interface (CPRI™)/Open Base Station ;Architecture Initiative (OBSAI);
OC-48/192;
OTU-1, OTU-2, OTU-3, OTU-4;
Serial RapidIO (SRIO);
Serial Advanced Technology Attachment (SATA)/Serial Attached SCSI (SAS);
Serial Digital Interface (SDI);
SFF-8431 (SFP+)。

GTx收发器采用的是差分信号对数据进行传输,其中LVDS(Low Voltage Different Signal)和CML(Current Mode Logic)是常用的两种差分信号标准。

GTx接收和发送方向均由PCS和PMA两部分组成,PCS提供丰富的物理编码层特性,如8b/10b编码等;PMA部分为模拟电路,提供高性能的串行接口特性,如预加重与均衡。

不同系列的GTx,集成的PCS和PMA的功能不一样,越高端的系列,集成的功能越多,传输的速率越快。下表为最新的GTY集成的PCS和PMA的功能。

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### 配置Xilinx FPGA GTX QPLL DRP速率 在Xilinx FPGA中,GTX收发器支持通过动态重配置端口(DRP)调整QPLL参数。为了设置合适的线速率,需理解几个关键概念: - **QPLL频率范围**:对于GTX而言,QPLL可以提供更宽泛的工作频带,适用于多种不同的通信标准和数据传输需求[^2]。 - **线速率计算**:线速率由`fpllclkout`(即QPLL输出给发射/接收逻辑部分使用的参考时钟)决定,并且与编码方式有关。例如,在8b/10b编码下,实际有效载荷比特率会低于名义上的线路速度。 具体实现过程涉及以下几个方面: #### 读取当前状态寄存器 首先应当获取现有配置信息以便后续操作有据可依。 ```vhdl -- VHDL伪代码示例 signal drp_addr : std_logic_vector(8 downto 0); signal drp_di : std_logic_vector(15 downto 0); -- Data In signal drp_do : std_logic_vector(15 downto 0); -- Data Out ... drp_addr <= "000000000"; -- 设置地址为访问QPLL Status Register wait until rising_edge(clk); ``` #### 修改目标参数值 根据所需的新工作点来更新相应的控制位字段。 ```vhdl -- 假设要改变的是反馈分频系数DIVFBDIV drp_addr <= "xxxxxxxxx"; -- 替换成具体的寄存器地址 drp_di <= new_division_value; -- 新设定的除法因子数值 wait until rising_edge(clk); ``` #### 应用更改并验证结果 完成写入动作之后还需要确认新设置已被采纳生效。 ```vhdl process (clk) begin if rising_edge(clk) then -- 检查是否成功锁相等指示信号 if pll_locked = '1' and status_okay = true then report "Configuration succeeded."; end if; end if; end process; ``` 上述流程展示了基本框架,但在真实项目里可能还需考虑更多细节因素比如温度补偿机制或是电源管理策略等问题。
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