Petalinux下SATA接口设计

本文介绍了如何在Petalinux下进行Zynq UltraScale+ MPSOC的SATA接口设计,包括数据接口的选择配置、时钟设置,以及针对硬件设计中的调线处理。在Step1中,通过PCW选择了GT Lane3作为SATA接口。Step2中,配置了125MHz的SATA参考时钟。在硬件调线部分,讨论了如何处理RX PN翻转的问题,并提到可通过修改寄存器解决。

Zynq UltraScale+ MPSOC在PS侧扩展了PS-GTR接口,可以灵活的支持PCIe、SATA和USB3.0连接。我们在自己开发的板卡上支持了SATA数据接口。

Step1:SATA数据接口

根据实际板卡设计,在PCW(Processor System Configuration Wizard)中选择SATA对应的物理连接,例如,我们的板卡中,SATA接口使用了GT Lane3,这里,我们在PCW中选择GT Lane3。
GT Lane设置

Step2:SATA时钟

根据Xilinx UG1085,SATA的参考时钟可以是125MHz或者150MHz,我们的定制板卡上采用的时钟为125MHz。PCW中,按照板卡的使用时钟源进行配置:
参考时钟

Know-How:硬件设计调线处理

有些板卡中,为了方便PCB的Layout,设计中进行了调线。例如,将PS-GTR的RX的PN进行了翻转。针对这种情况,可以在PS-GTR中进行对应的寄存器设置。在Xilinx UG1087(Zynq UltraScale+ MPSOC Register Reference)中,列出了PS-GTR的寄存器。比较遗憾的是,Xilinx没有给出pdf版本的文档,采用的是Web页面形式。
例如,硬件设计中,如果GTR的RX的PN接反,可以通过修改寄存器的方式将PN进行翻转。
在这里插入图片描述

其他:

Petalinux下的具体操作过程参考Xilinx UG1144,这里不再赘述。

<think>我们在讨论Zynq的PS侧GTH接口连接USB3.2 Type-C接口并实现PD(Power Delivery)控制的方法。首先,需要明确几个关键点: 1. Zynq的PS侧(Processing System)通常不直接包含GTH(高速串行收发器),GTH通常位于PL(Programmable Logic)侧。但是,部分Zynq UltraScale+ MPSoC器件在PS侧集成了高速串行收发器(如GTR),但通常不称为GTH(GTH是Artix/Kintex/Virtex系列中的高速收发器)。因此,这里我们需要确认一下,用户可能指的是PL侧的GTH,或者是PS侧的高速接口(如USB3.0控制器)。 2. USB3.2 Type-C接口需要支持USB3.2的数据传输(通常需要高速串行接口)以及Type-C的CC(Configuration Channel)逻辑和PD协议通信。 因此,我们分两种情况考虑: - 如果使用PS侧集成的USB控制器:Zynq UltraScale+ MPSoC的PS侧通常有USB3.0控制器(支持SuperSpeed),可以直接用于USB3.2 Type-C的数据传输。但是,USB PD控制需要通过额外的逻辑来实现,因为PD协议是通过CC线通信的,而USB控制器并不直接处理CC线。 - 如果使用PL侧的GTH:则需要通过PL侧实现USB3.2的物理层和链路层,并同时实现PD控制。 由于用户提到“PS侧GTH接口”,这可能是一个误解。因为PS侧通常没有GTH,但可能有USB控制器。所以,我们假设用户是想在Zynq(可能是Zynq UltraScale+)平台上实现USB Type-C接口,包括USB3.2数据传输和PD控制。 实现方法: 1. 数据传输部分: - 如果使用PS侧USB控制器:可以直接使用芯片提供的USB3.0/3.1控制器(支持SuperSpeed),连接至Type-C接口的SuperSpeed线路(TX/RX)。但需要注意,Type-C接口是可反转的,因此需要多路复用器(Mux)来切换正反插的信号。这部分可以通过外部电路或者PL逻辑实现。 - 如果使用PL侧GTH:则需要在PL中实现USB3.2的物理层和链路层(例如通过IP核),然后通过GTH连接到Type-C接口的SuperSpeed线路。同样需要解决正反插的问题。 2. PD控制部分: - USB PD协议通过Type-C接口的CC线通信。需要有一个PD控制器来处理PD协议栈。这可以通过以下方式实现: a. 使用专用的PD控制器芯片(如TI的TPS6598x,Cypress的CCG3PA等)来管理PD协议,并通过I2C/SPI等接口与Zynq通信。 b. 在PL中实现PD协议控制器的逻辑(需要实现PD协议状态机),并通过GPIO模拟CC线的通信(由于CC线通信速率较低(最高1MHz),使用GPIO模拟是可行的,但需要精确的时序控制)。同时,Zynq需要处理协议的上层部分。 综合以上,一个典型的实现方案是: - 使用PS侧集成的USB3.0控制器进行高速数据传输(这样可以省去在PL中实现USB3.2协议的复杂性)。 - 对于PD控制,使用外部PD控制器芯片,通过I2C接口与Zynq通信。Zynq上的软件(运行在ARM核上)通过I2C驱动程序与PD控制器交互,实现PD协议的上层管理(如策略制定)或者PD控制器可以独立工作,只需配置策略即可。 具体步骤: 1. 硬件设计: - 将Zynq PS侧的USB3.0接口(USB0或USB1)连接到Type-C连接器的SuperSpeed线路(需要经过Redriver或Mux以支持正反插)。 - 选择一款PD控制器芯片,将其连接到Type-C的CC引脚(通常一个CC引脚用于检测和通信)。 - 将PD控制器的I2C接口连接到Zynq的I2C控制器(PS侧或PL侧均可)。 - 如果需要,PD控制器还需要与Type-C接口的VBUS控制电路(如开关MOSFET)相连,以实现电源的通断和电压调节。 2. 软件设计: - 在Zynq上运行嵌入式操作系统(如Linux)或裸机程序。 - 编写或使用现有的I2C驱动程序与PD控制器通信。 - 实现PD协议的上层逻辑(或者配置PD控制器的策略),包括电源协商、角色切换(Source/Sink)、数据传输角色(DFP/UFP)等。 3. 其他考虑: - Type-C接口的连接状态检测(通过CC)由PD控制器完成,它会将状态变化通过中断或轮询方式通知Zynq。 - 需要根据USB-IF的规范实现PD协议栈,但由于使用了外部PD控制器,大部分底层协议由该芯片处理,Zynq主要负责策略管理。 如果没有使用外部PD控制器,而选择在PL中实现PD控制器,那么需要: - 在PL中设计一个CC线通信的模块,包括BMC(双相标记码)编解码。 - 实现PD协议状态机,处理PD消息的发送和接收。 - 通过AXI接口与PS侧通信,由PS侧运行PD策略管理。 但是,由于PD协议相对复杂,且涉及严格的时序和安全要求(特别是高电压调整),使用成熟的PD控制器芯片是更可靠和便捷的方案。 总结: Zynq平台连接USB3.2 Type-C并实现PD控制的推荐方法是: 1. 使用PS侧集成的USB3.0控制器进行数据传输。 2. 使用外部PD控制器芯片(通过I2C/SPI与Zynq通信)处理PD协议和CC线通信。 这样,可以充分利用PS侧的USB控制器,减少PL资源的占用,同时降低PD协议实现的复杂性。 相关问题: 1. 如何选择适合USB Type-C应用的PD控制器芯片? 2. 在Zynq平台上,如何配置PS侧的USB3.0控制器以支持Type-C接口? 3. 如何设计外部电路以支持Type-C接口的正反插和高速信号完整性? 4. 在Zynq上如何开发PD协议的软件栈? 5. 使用PL实现PD控制器的可行性及资源消耗如何? </think>在 Zynq 平台上通过 PS 侧 GTH 接口连接 USB3.2 Type-C 并实现 PD(Power Delivery)控制的方法如下: ### 一、硬件架构设计 1. **接口拓扑** ```mermaid graph LR Zynq_PS[Zynq PS侧] -->|GTH高速链路| TypeC[USB3.2 Type-C接口] Zynq_PL[Zynq PL逻辑] -->|CC/PD控制| TypeC ``` - PS 侧 GTH 处理 USB3.2 高速数据传输(最高 20Gbps) - PL 侧通过 GPIO/I²C 实现 PD 协议通信(CC 引脚控制) 2. **关键组件** - **GTH 收发器**:处理 USB3.2 数据链路层(需配置为 PCIe/SATA/USB 协议模式)[^1] - **PD 控制器**: - 方案1:外部专用 IC(如 TPS65987D) - 方案2:PL 实现 PD 协议栈(需符合 USB-PD 3.1 标准) - **Type-C 交叉开关**:解决接口极性反转问题(如 PI3DBS16412) ### 二、PD 控制实现方法 #### 方法1:外部 PD 控制器(推荐) 1. **硬件连接** ```mermaid graph TB Zynq_GPIO -->|I²C| PD_IC[PD控制器] PD_IC -->|CC1/CC2| TypeC PD_IC -->|VBUS控制| 电源电路 ``` - 优势:简化设计,符合 USB-IF 认证要求 - 器件选择:Cypress CYPD3177/TI TPS65987(支持 100W 功率协商) 2. **软件流程** ```c // 伪代码示例 i2c_init(); // 初始化I²C pd_set_role(PD_ROLE_DRP); // 配置双角色端口 while(1) { pd_event = i2c_read(PD_IC_STATUS_REG); if(pd_event == NEGOTIATION_REQUEST) { negotiate_voltage(20V); // 请求20V电压 } } ``` #### 方法2:PL 实现 PD 协议栈 1. **PL 逻辑设计** - **CC 引脚处理**:使用 GPIO 实现 BMC(双相标记编码)解码 - **协议层**:通过状态机实现 PD 状态转换(需包含 SOP/SOP'/SOP'' 包处理) - **关键模块**: ```systemverilog module PD_FSM( input logic cc_line, output logic [4:0] pd_voltage ); typedef enum {SNK_DISCOVERY, SRC_CAP, NEGOTIATION} state_t; state_t current_state; // ...状态机实现 endmodule ``` - **资源消耗**:约 500-800 LUT(Artix-7 实测) 2. **PS-PL 协同** - 通过 AXI-GPIO 传递 PD 消息 - PS 侧处理策略管理(如功率分配策略) ### 三、关键设计注意事项 1. **信号完整性** - GTH 布线需满足: - 差分对长度匹配 ≤ 5 mil - 阻抗控制 90Ω ±10% - 使用 IBIS 模型进行仿真(推荐 HyperLynx) 2. **PD 协议安全** - 必须实现: - Hard Reset 响应时间 < 30ms - CapsCounter 错误检测 - 建议使用硬件 CRC 校验(Xilinx CRC 模块) 3. **软件栈支持** - 开源方案:Linux 内核 `typec` 框架 + `tcpm` 驱动(需移植) - Xilinx 方案:基于 PetaLinux 的定制驱动 ### 四、参考设计资源 1. Xilinx 官方方案: - ZCU106 开发板 USB-C 设计指南(UG1418)[^2] - PD 控制器参考电路(XAPP1337) 2. 开源项目: - Fomu 项目的 USB-PD 实现(GitHub:fomu-workshop) > **设计难点**:PS-GTH 与 PD 控制器的时序同步需精确协调,建议使用 PL 侧 FSM 作为桥梁,避免因 Linux 调度延迟导致协议超时(典型超时窗口 1ms)[^3]。 --- ###
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