Aurora 8B/10B IP核（二）—时钟、复位与状态指示

写在前面
IP是什么？简单来讲，IP就是Xilinx或者第三方开发者把自己的逻辑模块封装成一个黑盒子，然后拿出来给别人用。那什么又是黑盒子？黑盒子就是你看不到里面的东西，你只能看到外面的接口。也就是说IP是某类可以不了解内部构造，仅仅需要对对外接口操作即可以使用的某类特定功能模块。

封装成黑盒子的好处是显而易见的-----你无需对复杂的内部结构了如执掌，只要能做到如何使用即可。可能有人会说了：那这岂不是不符合我们从小学习的“知其然，知其所以然”？不好意思，你是工程师，你不是科学家。老板只关心你把东西做出来、做好，不会关心这个东西你到底懂不懂。

说了这么多的意思就是。Aurora IP核这个东西我们会用就行了，不用纠结它具体是怎么实现的（当然知道肯定更好，无非就是个时间性价比的问题）。那么具体到一个FPGA IP类的黑盒子，我们需要了解哪些对外接口才能把它给用起来呢？无非就是三类：

• 时钟：对于一个系统，时钟架构是必不可少的，根据其复杂程度，时钟数量、种类也会不同
• 复位：一个稳健的系统，各类复位信号也是不可缺少的（要能把IP初始化成功）
• 指示：辅以数个指示信号，可以实现更好的操作、调试等交互功能

1、时钟
时钟看手册好像很多，实际上真的与我们密切相关的无非就是4个。

首先我们打开IP定制界面的第一页Core Options，可以看到3个时钟：

• GT Refclk ：Aurora IP核是基于GT作为物理层实现的，所以时钟GT Refclk就是GT的参考时钟。GT的时钟参考只能使用外部的差分时钟，所以具体的值取决你板卡的硬件设计。默认125Mhz。
• INIT CLK ：初始化阶段的时钟 ，在上电初始化阶段，可以使用该时钟来驱动一些逻辑。默认值：50Mhz。
• DRP CLK ： DRP时钟，动态重配置，一般没用，默认值：50Mhz（通常一个内部模块需要进行配置，使用两种方法：端口控制和配置参数控制。一个常见的应用就是线速率切换。这时候就需要利用DRP端口来调整部分参数的值，然后复位GTX，使GTX工作在不同的线速率下。）。

上面这三个时钟，是IP核工作所需要的时钟，也是我们需要提供给IP核的。此外，还有一个时钟是IP核提供给我们的：user_clk。这个时钟，是IP核根据设置的线速率及Lane的位宽计算出来的用户时钟，用户需要传输的数据必须是该时钟域下的数据，否则会存在亚稳态风险。关于user_clk值的计算我们在下一章节再讨论。

基本就能总结了：1、GT Refclk的值根据对应硬件设计的来；INIT CLK 和DRP CLK可以用PLL或者MMCM生成；3、user_clk是用户时钟域，我们的数据收发接口应该工作在此时钟域下。

2、复位
复位信号一定要好好了解，不然你的IP为什么起不来你都不知道咋回事！

复位信号用于将Aurora 8B/10B核心设置为一个已知的启动状态。在复位时，IP核停止任何当前操作并重新初始化一个新通道。在双工模块上，复位信号复位通道的TX和RX两侧。

复位案例1：双工模式下的reset复位

复位信号reset需要至少维持6个时钟周期，然后3个周期后，channel_up信号被拉低，表示传输通道建立失效

复位案例2：双工模式下的gt_reset复位

复位信号gt_reset需要至少维持6个时钟周期，然后一段时间后，user_clk也会失效（这是因为user_clk的时钟来源是GT，gt_reset复位会从最底层的物理层复位），随后channel_up信号被拉低，表示传输通道建立失效

单工模式的复位步骤就不讲了，请参考手册。

双工模式下的上电时序

双工模式下，给FPGA上电时，gt_reset和reset信号都必须保持为高电平，与此同时GT的参考时钟gt_clk和初始化时钟init_clk都必须保持稳定。

双工模式下的正常操作复位时序

1. 在gt_reset断言之前,reset信号必须稳定保持128个user_clk时钟周期的断言
2. gt_reset断言保持一段时间(图中所示为1s)
3. 在gt_reset取消断言一段时间后，reset取消断言

3、状态指示
Aurora IP还提供了一系列的指示接口出来，方便我们进行调试：

• loopback：回环模式，实际使用一般接到0
• power down：高电平有效。当其为高时，GT会进入非工作、低功耗的模式（类似睡眠模式）。我们使用的时候一般直接拉低。
• lane_up：当对应的Lane初始化完成后，会断言对应的lane_up
• channel_up：当Auroa 8b/10b 初始化完成后，并且当前已经可以进行数据的传输时，会断言该信号
• hard_err：错误表征应信号，主要是硬件类错误
• soft_err：错误表征应信号，主要是软件类错误
• frame_err：错误表征应信号，主要是帧类错误

4、其他
其他
除了上述部分外，还有一些不太常用的功能（自己看手册吧）：

• 流控：Flow Control（Native Flow Control、User Flow Control）
• 加扰/解扰：Scrambler/Descrambler
• 循环冗余校验：Cyclic Redundancy Check，CRC

预告
下一节我们再来一起学习下Aurora IP核的example design（两种接口一起）。

参考
Aurora 8B/10B Protocol Specification
Aurora 8B/10B v11.1 LogiCORE IP Product Guide

审核编辑：符乾江