RapidIO标准的串行物理层实现

以下文章来源于亮子power，作者亮子哥

概述

Serial RapidIO(SRIO) 特指 RapidIO 标准的串行物理层实现。

RapidIO 标准定义为三层：

逻辑层：定义总体协议和包格式，包含设备发起和完成事务的必要信息。

传输层：提供包传输的路由信息，对顶层不可见。

物理层：描述设备级接口细节（包传输机制、流控、电气特性、低级错误管理）。

逻辑层（LOG）

逻辑层划分为以下模块控制并解析数据包，提供三类接口：

用户接口（User Interface）

传输接口（Transport Interface）（相当于缓存 Buffer，对顶层不可见）

配置接口（Configuration Fabric Interface）（用于读写本地配置空间及逻辑/传输层寄存器）

用户接口（重点关注）

包含I/O 端口集和三个可选端口：

I/O 端口集：

支持事务：NWRITEs、NWRITE_Rs、SWRITEs、NREADs、RESPONSEs（不含维护事务响应）、门铃事务。

消息事务（取决于配置是否分离 I/O 与 Message 端口）。

消息端口：专用于消息事务。

维护端口：专用于维护事务。

用户自定义端口：支持自定义类型（未使能时丢弃包）。

I/O 端口类型

类型	描述
Condensed I/O	单一 AXI4-Stream 通道发送/接收所有包
Initiator/Target	分离请求与响应，共 4 个 AXI4-Stream 通道： -ireq(本地请求) -iresp(远程响应) -treq(远程请求) -tresp(本地响应)

顶层信号映射：

s_axis_ireq*→ireq

m_axis_iresp*→iresp

m_axis_treq*→treq

s_axis_tresp*→tresp

物理层（PHY）

功能：

处理链路训练（Link Training）、初始化、协议

插入 CRC 与应答标识符

连接高速串行收发器（外部例化模块）

接口：

2 个 AXI4-Stream 通道连接传输层

1 个 AXI4-Lite 接口连接配置层

1 个串行接口连接收发器（FPGA 使用 GT 接口实现）

寄存器空间

类型	描述
能力寄存器（CAR）	在逻辑层实现
状态寄存器（CSR）	在逻辑层实现

HELLO 包格式

标准化包头域，包头与数据分离传输：

Size 域：值 = 传输字节总数 - 1（有效范围 0~255 → 实际传输 1~256 字节）

限制：必须与 RapidIO 包中的 size/address/wdptr 域匹配，IP 核不会修正非法值。

注意：AXI4-Stream 的tdata为 8 字节（双字），需根据数据量是否小于 8 字节分别处理。

SRIO 事务类型及关系

1. 直接 I/O（DMA）事务

事务	特性
NWRITE	写操作，无需响应（效率最高）
NWRITE_R	写操作，需响应（确保数据完整性，带宽利用率低）
SWRITE	流式写操作，数据长度需为 8 字节整数倍（无响应，适用连续数据流）
NREAD	读操作，从设备返回响应包携带数据

2. 消息传递事务

事务	特性
DOORBELL	短消息通知（邮箱号+少量数据，如中断触发）
MESSAGE	长消息传输，数据路由到指定缓冲区（需软件解析）

3. 维护事务

事务	用途
MAINTENANCE READ/WRITE	读写配置寄存器（初始化/错误处理）

事务对比

维度	直接 I/O 事务	消息传递事务
效率	高（NWRITE/SWRITE 无响应）	低（需软件介入）
可靠性	NWRITE_R/NREAD 通过响应保证	依赖软件处理
适用场景	硬件实时数据传输（DSP-FPGA）	动态拓扑/软件交互（多处理器）

事务类型表

详见 PG007 手册 P73。

总结

Xilinx SRIO IP核的事务类型覆盖了从高效硬件控制到灵活软件交互的全场景需求，用户需根据延迟、带宽、可靠性等指标选择合适类型。例如，实时数据采集可采用SWRITE，而系统配置则依赖MAINTENANCE事务。

直接 I/O：用于低延迟硬件控制（如实时数据采集用 SWRITE）。

消息传递：用于灵活软件交互（如系统通知）。

维护事务：用于设备配置管理。