ISERDESE3/OSERDESE3例化和仿真

当使用FPGA进行ADC数据的处理时，由于目前一些ADC的工作频率已达到GHz，使得FPGA并不能直接处理这么高速的信号，这就需要对高速信号进行串并转换，实现数据的降速。
FPGA资源中，我们可以通过直接例化ISERDESE/OSERDESE资源来实现数据的串并转换和并串转换。

1、在vivado18.3 Language Templates中可以查找serdes资源的原语。

如上图所示，不同的FPGA系列，有不同的原语。这里使用的是Kintex UltraScale系列，所以我们选择ISERDESE3原语进行例化。

2、ISERDESE3模块的详细介绍参考Xilinx官方文档ug571。




3、本工程使用ISERDESE3进行1：4串并转换，传输的数据为data=32’b10010010101010001010100101011011。
4、serdes例化代码：

`timescale 1ns / 1ps

module serdes(
    output wire  [3:0]  iserdes_q     ,     // serdes的输出信号，并行数据
    input  wire         clk           ,     // 串行时钟，500M，DDR
    input  wire         clkdiv        ,     // 并行时钟，250M，SDR
    input  wire         rst_n         ,     // 复位信号，低有效
    input  wire         iserdes_d           // serdes的输入信号，串行数据
    );

   // ISERDESE3: Input SERial/DESerializer
   //            Kintex UltraScale
   // Xilinx HDL Language Template, version 2018.3

   ISERDESE3 #(
      .DATA_WIDTH(4),            // 1：4串并转换
      .FIFO_ENABLE("FALSE"),     // Enables the use of the FIFO
      .FIFO_SYNC_MODE("FALSE"),  // Always set to FALSE. TRUE is reserved for later use.
      .IS_CLK_B_INVERTED(1'b1),  // 设置为1时，会将CLK_B的输入信号进行反相，此时CLK_B和CLK应为同一驱动源
      .IS_CLK_INVERTED(1'b0),    // Optional inversion for CLK
      .IS_RST_INVERTED(1'b1),    // 设置为1时，会将RST的输入信号进行反相
      .SIM_DEVICE("ULTRASCALE")  // Set the device version (ULTRASCALE, ULTRASCALE_PLUS, ULTRASCALE_PLUS_ES1,
                                 // ULTRASCALE_PLUS_ES2)
   )
   ISERDESE3_inst (
      .FIFO_EMPTY(          ),           // 1-bit output: FIFO empty flag
      .INTERNAL_DIVCLK(               ), // 1-bit output: Internally divided down clock used when FIFO is
                                         // disabled (do not connect)

      .Q(iserdes_q),                     // 4-bit registered output
      .CLK(clk),                         // 1-bit input: High-speed clock
      .CLKDIV(clkdiv),                   // 1-bit input: Divided Clock
      .CLK_B(clk),                       // 1-bit input: Inversion of High-speed clock CLK
      .D(iserdes_d),                     // 1-bit input: Serial Data Input
      .FIFO_RD_CLK(           ),         // 1-bit input: FIFO read clock
      .FIFO_RD_EN(          ),           // 1-bit input: Enables reading the FIFO when asserted
      .RST(rst_n)                        // 1-bit input: Asynchronous Reset
   );

endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40

仿真激励文件代码

`timescale 1ns / 1ps

module serdes_tb(

    );

    reg         clk         ;   // 串行时钟，500M，DDR
    reg         clkdiv      ;   // 并行时钟，250M，SDR
    reg         clk_data    ;   // 数据时钟，用于产生串行数据，使得clk的沿正好对准串行数据
    reg         rst_n       ;   // 复位信号，低有效
    wire        iserdes_d   ;   // serdes的输入信号，串行数据
    wire [3:0]  iserdes_q   ;   // serdes的输出信号，并行数据
    reg  [31:0] data        ;   // 预先设定的需要传输的数据

    initial begin
        clk         =   1'b0    ;
        clkdiv      =   1'b0    ;
        clk_data    =   1'b0    ;
        rst_n       =   1'b0    ;
        data        =   32'b0   ;
        #5 rst_n    =   1'b1    ;
        #199 data   =   32'b10010010101010001010100101011011;
    end

    always #1 clk = ~clk    ;

    initial begin
        #3 clkdiv = 1'b1;
        forever begin
            #2 clkdiv = ~clkdiv;
        end
    end

    initial begin
        #0.5 clk_data = 1'b1;
        forever begin
            #1 clk_data = ~clk_data;
        end
    end

    assign iserdes_d = data[31];

    always @(posedge clk_data or negedge clk_data) begin
        data <= {data[30:0], 1'b0} ;
    end

    serdes serdes_inst(
        .iserdes_q  ( iserdes_q ),
        .clk        ( clk       ),
        .clkdiv     ( clkdiv    ),
        .rst_n      ( rst_n     ),
        .iserdes_d  ( iserdes_d )
    );

endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55

仿真结果

值得注意的是，iserdese3输出的信号是先转换的数据在低位，后转换的数据在高位。如下图所示，由于没有注意这个问题，导致我一直以为仿真数据出错了。

5、如果需要进行串并1：8转换，只需要相应的修改DATA_WIDTH和输出数据的数据宽度即可。同理，oserdese3的使用相同，只不过是iserdese3的反过程，这里就不再赘述了。