Xilinx FPGA平台GTX简易使用教程(一)

理解GTX的必备姿势，学起来!

一、什么是GTX?

GT ：Gigabit Transceiver千兆比特收发器;

GTX ：Xilinx 7系列FPGA的高速串行收发器，硬核

xilinx的7系列FPGA根据不同的器件类型，集成了GTP、GTX、GTH、GTZ四种串行高速收发器，可以支持多种协议如PCI Express，SATA，JESD204B等。

四种收发器主要区别是支持的线速率不同，下图可以说明在7系列里面器件类型和支持的收发器类型以及最大的收发器数量。

如我们常用的芯片 ： 7K325TFFG900-2 ，集成了16个GTX。

如下图，我的测试工程使用了1个GTX，可使用16个。

另外，下面还可以看到Cell Types：GTXE2_COMMON与GTXE2_CHANNEL，这个先混个眼熟，后面会继续谈到。

二、Quad/Channel

我们先看一张GTX的结构图：(以7K325T为例)

Quad：4个GTX位1组，称为Quad，也就是图中标记的大红框。

从图中可以看到，7K325T芯片共有4个Quad，也就是16个GTX。

我们继续来看Quad的布局图：

简单总结下：

Quad：

包含4个Channel(每个channel包含一个GTX)，1个QPLL，2个差分输入参考时钟;

QPLL ：

也就是一个Quad共用的PLL，属于GTXE2_COMMON;

Channel：每个channel就是一个GTX，包含一个CPLL和一对收发器;

CPLL ： 每个Channel独有的PLL，属于GTXE2_CHANNEL;

注：

CPLL最高支持线速6.x G，而QPLL则可超过10G;在通道线速较大(超过6.xGbps)时，IP会自动使用QPLL。

GTXE2_COMMON、GTXE2_CHANNEL ：是Xilinx的器件原语(primitive)，原语是Xilinx针对其器件特征开发的一系列常用模块的名字,用户可以将其看成Xilinx公司为用户提供的库函数;原语类似最底层的描述方法，使用好处多多~

三、PMA与PCS

接上一节，我们继续看Channel的拓扑结构：

看图说话，发送端(TX)和接收端(RX)功能独立，均由PMA和PCS两个子层组成。

PMA：(Physical Media Attachment，物理媒介适配层)

PCS：(Physical Coding Sublayer，物理编码子层)

其中PMA子层包含高速串并转换(PISO)、预/后加重、接收均衡、时钟发生器及时钟恢复等电路。PCS子层包含8B/10B编解码、缓冲区、通道绑定和时钟修正等电路。这么来说，PMA是最基本的单位，负责模拟部分，而PCS主要负责并行的数字电路处理，理论上来说PCS完全可以由逻辑设计完成;但是硬核专用电路实现肯定功能更强大更稳定!

四、GTX收发处理流程

GTX发送端处理流程：首先用户逻辑数据经过8B/10B编码后，进入一个发送缓存区Phase Adjust FIFO，该缓冲区主要是PMA子层和PCS子层两个时钟域的时钟隔离，解决两者时钟速率匹配和相位差异的问题，最后经过高速Serdes进行并串转换(PISO parallel-in serial-out)，有必要的话，可以进行预加重、后加重(Pre/Post Emp)。值得一提的是，如果在PCB设计时不慎将TXP和TXN差分引脚交叉连接，则可以通过极性控制来弥补这个设计错误。

接收端和发送端过程相反，相似点较多，这里就不赘述了，需要注意的是RX接收端的弹性缓冲区(RX Elastic Buffer)，其具有时钟纠正和通道绑定功能。

五、其他内容

介绍一些专用名词和使用的技术。

1. PRBS ：伪随机序列码，在一定程度的随机数，使用PRBS这种伪随机码进行高速串行通道的测试，主要是测试误码率的情况。

2. ibert：GTX辅助IP核，集成式比特误码率测试仪，是Xilinx专门用于具有高速串行接口的 FPGA 芯片的调试和交互式配置工具。放一张测试眼图吧：(1.25Gbps)

眼图中颜色越蓝的地方，BER 值越小，说明这个区域误码率越低，或者几乎没有误码率。颜色越红，表示这个区域误码率越高。一般来讲，这个眼图的眼睛张的越开，说明数据传输信号越好。Link 的速度越低，对应的眼图也会更好，Link 的速度越高，对应的眼图会下降。

3. 8b/10b

8b/10b编码主要是为了解决直流平衡。也就是0/1数量的平衡。

优点：具备错误检测;

缺点：效率不高，具有20%开销;因此出现了64b/66b编码。

K28.5 ：8b/10b编码中常用k28.5来做K码，对应过来就是0xBC，主要用于接收数据对齐。

注：上述介绍均为简单说明，可能不够精确，有个概念就好。

审核编辑：汤梓红