教你如何进行Xilinx SerDes调试 - 全文

FPGA SERDES的应用需要考虑到板级硬件，SERDES参数和使用，应用协议等方面。由于这种复杂性，SERDES的调试工作对很多工程师来说是一个挑战。本文将描述SERDES的一般调试方法，便于工程师准确快速定位和解决问题。

1. 硬件检测

硬件检测可以分为原理图/PCB检查和板上硬件检查。这一部分的工作相对简单，但是很多时候问题是由这些看起来很不起眼的地方导致的。

a） 原理图/PCB检查

根据SERDES应用手册要求检查原理图和PCB设计。例如对于Xilinx 7系列GTX/GTH SERDES，可以参考UG476的Board Design Guidelines检查原理图和PCB设计。

b） 板上硬件检查

使用示波器/万用表等仪器设备实际测量板上硬件，确认提供给SERDES的工作环境正常。

i. 检查电源的电压/精度/纹波/上电顺序是否符合数据手册的要求。例如对于Xilinx 7系列GTX SERDES，需要对照DS182检查。

ii. 检查SERDES参考时钟频率/摆幅是否符合数据手册的要求，以及参考时钟的管脚位置是否正确。

iii. 物理通道的检查，例如确认AC耦合电容的容值是否正确，光模块是否兼容，焊接是否正常。

2. 使用IBERT

IBERT是一个强有力的调试工具，可以用于调整参数设置和确认系统余量，也可以用于故障现象判断。IBERT在CORE generator里产生工程和BIT文件。将BIT文件下载到FPGA后，使用ChipScope Analyzer连接到FPGA上，就会出现IBERT的GUI调试界面。

a） 检查PLL是否LOCK，如果没有，需要检查时钟和电源。比如时钟频率是否正确，SERDES是否选择了正确的时钟源。

b） 将SERDES的TX和RX设为相同的数据pattern，例如PRBS-31。设置SERDES为Near-end PMA模式。如果这一步不能工作，检查TX/RX极性是否反转；检查TXUSRCLK/TXUSRCLK2/RXUSRCLK/RXUSRCLK2上的时钟频率是否正常。通过这一步保证SERDES内部工作正常。

c） 将SERDES设置为Far-end PMA和Far-end PCS模式，确认远端设备的SERDES是否收发正常。通过这一步排除和时钟OFFSET相关的问题。

d） 如果这些步骤工作正常，但是误码率很高，有可能是参数设置有问题。需要通过调整TX/RX的参数设置来解决。也可以通过EYE SCAN功能来得到最佳设置和判断系统余量。

3. 通用的调试步骤

通常会使用一定的调试步骤来定位问题，避免重复工作。一开始，一般不进行整个工程的测试，而是基于SERDES的Wrappers工程，以方便定位问题。一般可以使用CORE generator里的Transceivers Wizard产生的Example Design。在Core generator里产生Transceivers Wizard的Example Design后，会输出源文件和scripts。利用scripts可以直接产生运行结果。Example Design里的数据产生和检测都是基于BRAM，可以很方便的修改数据。在工程里面，Chipscope VIOs and ILAs必须被加入到工程里面，进行控制和调试分析。

a） 进行Near-end PCS测试。

i. 启动SERDES复位（VIO）。

ii. 确认复位结束（VIO）。

iii. 检查SERDES状态信号（VIO）。

iv. 使用计数器确认时钟频率（VIO）。

b） 进行Near-end PMA测试。

i. 确认CDR工作正常，检测CDR产生的恢复时钟（VIO）。

ii. Comma alignment和8B/10B状态检查（ILA）。

c） 正常操作检测

i. 确认clock correction电路状态（ILA）。

ii. 确认Channel bonding电路状态（ILA）。

iii. 链路通讯检查（ILA和VIO）。