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RocketIO及其在高速数据传输中的应用

发布时间:2020-06-30 19:52:46 阅读: 来源:粉碎机厂家

摘要:在高速电路系统设计中,差分串行通信方式正在取代并行总线方式 ,以满足系统对高带宽数据通信的需求。RocketIO是Virtex2 Pro以上系列中集成的专用高速串行数据收发模块,可用于实现吉比特的数据传输,适用于多种高速数据传输协议。依据实际工程应用需求,提出了基于RocketIO的高速串行数据传输系统解决方案,实现了每通道2.5 Gb/s的传输速度。最后介绍了RocketIO在Aurora和PCI Express协议实现中的应用,并总结了高速通信系统的共性特征。

本文引用地址:引言

随着电子系统对速度以及精度要求的提高,高速串行数据通信模式正在逐步取代传统的并行总线式结构。并行总线结构由于其固有的缺点,在速度上的提升空间已经很小。

① 并行总线在印制电路板上要占用大量的空间,在电路系统日益小型化的今天给系统的设计带来很大困难。如PATA66以上的PATA数量达到了80根,使得电路板的布线极为困难。

② 并行总线由于在布线时很难保证每条线路长度与电气特征一致,导致信号到达时间不同,在较高的工作频率下很难实现完全同步,以致出现信号偏移。这使接收器难以确定采样时间,容易造成数据错误。

③ 由于寄生电容的影响,在并行的两条数据线中容易产生串扰,甚至改变信号原有真实电平。采用地线进行屏蔽可以在一定程度上消除串扰,但同时也造成总线线路数目的急剧增加。

④ 并行总线参考电平为地电平,容易受噪声干扰。同时由于在总线上“0”、“1”分布不均匀,在信号收发器之间易造成直流偏置,造成信号噪声容限降低。

相比而言,高速串行总线采用差分对的形式,并且在发送端与接收端之间采用点对点的连接结构。差分信号经过编码,消除信号序列中直流分量,从而可以提高噪声容限。同时,在信号序列中插入时钟信息,信号中携带时钟,解决了信号偏移问题。

在嵌入式应用方面,主流的FPGA中都已对差分信号提供了硬件支持,如Xilinx公司推出的Virtex系列FPGA中,相邻的两个I/O口都以差分信号对形式出现。从Virtex2 Pro系列开始,更是在片上集成了固化的RocketIO模块,以提供高超高速的串行通信支持。本文将从工程应用的角度出发介绍RocketIO的相关特征,并探讨其在高速数据传输中的应用。

1 RocketIO

RocketIO收发器是在Virtex2 Pro以上系列FPGA中集成的专用串行通信模块,在使用时不占用FPGA其他逻辑与片上存储资源。在Virtex5 LXT和SXT系列FPGA中,RocketIO称为GTP,每两个GTP共用一个PLL,组成一个GTP_Dual。其结构框图如图1所示。

图1 GTP_Dual Tile结构框图

每一个RocketIO收发器均具有如下特征:

◆ 具有可配置终端、电压摆幅与耦合的电流模逻辑串行驱动或缓冲器。

◆ 可编程发送预加重和接收均衡,以实现最优信号完整性。

◆ 100 Mb/s~3 Gb/s的线速范围,线速在100 Mb/s~500 Mb/s区间时具有可选的5倍过采样功能。

◆ 可选的嵌入式PCS功能,例如8位/10位编码、逗号对齐、通道绑定以及时钟校正。

◆ 最小化的确定性数据通道延迟。

◆ 对PCI Express、SATA、传输等协议的支持。

从应用上讲,RocketIO处于数据传输协议的物理层,用以实现最基本的数据通信环境。其主要功能可以概括为:将输入的并行数据经过编码,转化为高速的差分串行信号。在实际应用中,输入时钟、PLL参数设置以及PCB线路的设计与布局是影响数据传输效果的最重要因素。

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