FPGA的高速收发器(GTX/GTY/GTP)的快速上手教程_gty高速收发器

        工作中有对GT收发器的使用需求， 学习的过程中，看手册，看别人的文章。有些大佬写得非常好，但他们可能不是针对使用来写的，我在实际使用IP核的过程中，还是会有很多疑惑。

        所以我就针对怎么使用GTX等IP核写的这几篇文章，希望可以帮助到想快速学会如何使用IP核的小伙伴。

        这篇文章是写我对这个IP核一些理解，IP核的配置可以参考XILINX的IP核GTX的配置。IP核的例程修改参考对于XILINX的GTX官方例程的讲解。有了对IP核各项配置的理解以及对例程的修改，相信一定可以帮你快速的学会使用这个IP核。

高速收发器(GTX/GTY/GTP)是啥

        它是Xilinx的针对Gigabit应用的FPGA基本都会集成一些高速串行接口，统称为
Gigabit Transceiver（GTx），下图是各个系列的芯片所包含的GT资源，以及它们的相关性能参数。

它能干啥        

        首先可以把它理解为一个高速并串转换器(串行速率可达几十G)，把你给它的并行数据，转换为串行输出，或者给它串行数据，它会给你转换为并行数据。它可以单独作为发送装置或接收装置，也可以一起运行。

        可以自定义协议来实现通信。

        它也经常用来配合其他IP核，实现协议通信。比如常用于两块板子之间通信的Auraro协议，可以配合Xilinx 提供的 Aurora IP 核来实现。GTx主要负责物理层（Physical Layer）数据的发送和接收，包括一系列的物理层任务，如信号的串行化和解串行化、编码和解码、时钟恢复等。Aurora IP 核则负责帧生成和检查、错误处理、信道初始化、链路状态管理等功能。它还支持以下的协议

        

                                                        GTX支持的协议

        我是把它作为信号发生器来使用的，单独使用它的发射端输出稳定高速的信号。

为什么需要高速收发器？

        主要是还是速率的问题，特别是在现在对于速率要求越来越高的情况下。在高速串行口之前，当数据速率开始超过1gb /s时，并行I/O方案就会达到物理限制，并且不再能够提供可靠、经济的方式来保持信号同步。

        在早期的并行I/O总线中，接口对齐问题阻碍了与外部设备的有效通信。随着更高的速度在数字设计中变得普遍，管理信号延迟成为一个问题。

        接口对齐问题是指在并行通信中，由于各个数据位可能在物理线路长度、信号传播速度等方面存在不同，因此它们可能无法在完全相同的时间到达目标设备，导致数据传输过程中发生错误。简单地说，就是各个数据线的信号需要在同一时刻到达目标，对齐就是把这个时刻统一。

        之前也有一些解决方案，比如利用系统时钟来同步：两个ic之间的通信，在两个ic上都应用一个公共时钟，用于数据传输和接收。

        看起来好像很容易就解决了时间同步的问题，但实际上的系统是这样的

        各种延误在速率低的情况下还可以忽略，因为延误相对于有效信号来说非常小。但随着速率的提高，延误的影响越来越大，甚至导致系统上的错误。随之而来的解决方法是，不依靠系统时钟，发送方在发生数据的时候，也发送一个同步的时钟

        这样可以消除部分延迟，同时由于两根线是从同一个地方发出，传输距离等也很容易做的一致，所以有些延迟也可以抵消

        不过，源同步设计导致时钟域数量的显著增加。这引入了时序约束和分析的复杂性，如现场可编程设备具有有限时钟缓冲的门阵列(FPGA)，以及必须定制设计每个时钟树的专用集成电路(ASIC)。这个问题在大型并行总线上更加严重，因为电路板设计的限制常常迫使每个数据总线使用多个转发时钟。因此，32位总线可能需要4个，甚至8个转发时钟。

        还有一种自同步的模式：

        它一数据线带着时钟奔向你，相对自同步来说，它不需要那么多的时钟线了，随之而来的时钟复制也不需要。但比特率变动时需要额外的手段来纠正。如果数据包含相当多的连续零或连续一，那么可能出现失同步的情况。此外，在传输中，噪声或者干扰可能会导致误码。

        这些问题，GTX的设计都给出了解决方案，具体的怎么解决的还说不太清楚，以后有机会再更吧。

怎么用呢

        XILINX把使用它的流程做的非常简单：

                配置IP核->生成相应的例程->更改部分程序满足自己的需求。

        它也给了相关的文档pg168，但读的时候还是有点吃力，看懂它的介绍可能需要一些背景知识，偶尔能看懂一点又觉得零零散散的。所以写了开头的那两篇文章，先用起来再说，之后再去看官方文档就会比较顺畅了。