XILINX FPGA lvds 解串方案_iserdese2

一 概述：

7 Series ISERDESE2 and OSERDESE2

        ISERDESE2：input serial-to-parallel converters；

         OSERDESE2：output parallel-to-serial converters；

         在xilinx 7系列FPGA中ISERDESE2和OSERDESE2支持非常高的I/O数据速率，对于ISERDESE2存在bitslip信号来重新对齐串行数据以获得正确的字节数据；

         上图为OSERDESE2并转串输出到ISERDESE2串转并输入的字节序变化。

         上表列出了ISERDESE2以及OSERDESE2可以实现的串并转换的并行数据的位宽，其中10与14位位宽需要两个ISERDESE2级联或两个OSERDESE2级联获得。

         注意级联时，当需要获取10位位宽时，使用下面一个ISERDESE2的Q3与Q4来作为Data Internal[8:9]；当需要获取14位位宽时，使用下面一个ISERDESE2的Q3~Q8来作为Data Internal[8:13]。

         对于ISERDESE2而言，串行输入可以直接来自IOB也可以来自IDELAY2单元（串行信号经过IDELAY2后进行了延时），这就需要通过IOBDELAY Value来设置，具体参数设计以及ISERDESE2实际使用的输入如下表所示：

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  二 ：详细说明     

        无论是HiSPi、LVDS还是MIPI，其核心思想就是要实现将高速串行信号恢复成并行数据。这将会用到XilinxFPGA IOB上的一个重要的资源——ISERDES。

        实现串行信号的并行化，光有ISERDES还不行，还需要用到IOBANK上的延时模块IDELAYCTRL和IOB上的IODELAYE以及相关的相位训练算法。

1 Xilinx的IO资源

        本节对用到的IO资源作简要的介绍。

1.1IDELAYCTR资源

         在电压、温度等因素变化时，可能会影响到系统的时序，此时IDELAYCTRL模块就可以连续补偿时钟域内所有个体的delay taps (IDELAY/ODELAY)。如果使用了IOB上的IDELAY或ODELAY资源，那么就必须使用IDELAYCTRL资源。请注意，整个IO BANK里面只有一个IDELAYCTRL。

IDELAYCTRL很重要的一个输入项就是参考时钟REFCLK，补偿时钟域内所有模块的时序参考，这个时钟必须由BUFG或BUFH驱动。REFCLK必须保证在FIDELAYCTRL_REF+IDELAYCTRL_REF_PRECISION（MHz）ppm才能保证IDELAY/ODELAY的延时分辨率：

（TIDELAYRESOLUTION=1/(32x 2 x FREF））

（TIDELAYRESOLUTION=1/(32x 2 x FREF））

vivado，data_delay 可调tap范围0~31，clock_delay可调范围0~31；

即 data_delay 和clock_delay各占用ref_clock的半个周期。clock_delay即相当于data 前置，与data_delay是相反方向的相位设置。

ex，ref_clock = 200MHz, ref_clock_period = 1/ 200MHz = 0.5 ns = 5000ps

则data_delay 1个tap = 5000ps / 2  / 32 = 78ps

同样的，clock_delay 1个tap也是78ps。

1.2  IDELAYE2逻辑

       IDELAYE2逻辑是一个31抽头的循环延时补偿模块，对输入的信号进行指定分辨率的延时，FPGA可以直接访问。Tap延时分辨率由IDELAYCTRL的参考时钟提供持续补偿。图（1）是IDELAYE2接口示意图，表（1）是对这些接口的描述，表（2）是对逻辑参数的描述。

表（1）IDELAYE2接口描述

表（2）IDELAYE2逻辑参数描述

   以下以VAR_LOAD模式为例说明延时的时序动作，如图（2）所示。

a) Clock Event 0：

在LD有效前，CNTVALUEOUT输出为未知值；

b) Clock Event 1：

在C的上升沿采样到LD有效，此时DATAOUT延时CNTVALUEIN指定的延时Taps，改变tap Setting到Tap2，CNTVALUEOUT更新到新的Tap值；

c)Clock Event 2：

INC和CE有效，此时指定了增量操作，Tap值加1，DATAOUT输出从Tap2更新到Tap3，CNTVALUEOUT更新到新的Tap值；

d)Clock Event 3

LD有效，DATAOUT输出延时更新到Tap10，CNTVALUEOUT更新到新的Tap值。

1.3  ISERDESE2逻辑

        输入串转并逻辑可以看做是OSERDESE2的逆过程，在SDR模式下可支持2-、3-、4-、5-、6-和7-的串并转换，在DDR模式下可支持2-、4-、6-、8-的串并转换，级联DDR模式下还可扩展到10-和14-。每一个ISERDESE2包括：

a)专门的串并转换器；

b) Bitslip子模块用于源同步接口；

c)专用的可支持strobe-based的存储接口。

       图（3）是ISERDESE2的结构示意图。表（3）是ISERDESE2接口描述，表（4）示ISERDESE2的参数描述。

表（3） ISERDESE2

表（4）ISERDESE2的参数描述

（1）   时钟方案

         CLK和CLK_DIV必须是严格对齐的时钟，虽然允许使用BUFIO/BUFR，但任然有可能存在相位问题。图（5）时采用BUFIO/BUFR的方案。

          一般的，根据接口类型的差异，时钟必须满足以下的约束：

a）networking interface

n  CLK→BUFIO；CLKDIV→BUFR；

n  CLK→MMCM/PLL；CLKDIV→和CLK相同的MMCM/PLL的CLKOUT[0:6]的输出，使用MMCM时CLK和CLKDIV必须使用相同的驱动BUF；

n  CLK→BUFG；CLKDIV→BUFG。

b）MEMORY Interface Type

n  CLK→BUFIO, OCLK→BUFIO，或CLKDIV→BUFR；

n  CLK→MMCM或PLL, OCLK→MMCM,或CLKDIV由同一个MMCM/PLL的CLKOUT[0:6]驱动；

n  CLK→BUFG，CLKDIV→不同的BUFG。

         OCLK和CLKDIV的输入相位必须是严格对齐的，CLK和OCLK之间不要求相位关系。From CLK to OCLK的时钟域必须进行补偿。

其他接口类型的时钟方案参考文档UG471。

（2）   BitSlip子模块

         BitSlip用于调整并行寄存器输出串行数据的位置。在SDR模式下，每一个BitSlip脉冲让输出pattern的数据左移1bit；在DDR模式下，第一个BitSlip右移1bit，第二个BitSlip左移3bit，依次进行，移动规律如图（6）所示。BitSlip一定是和CLKDIV同步的一个脉冲

 使用bitslip信号可以修改串转并的起始位置，如下图所示，为DDR模式下使用bitslip的时序图，开始时最先采集到的串行数据转换出来的并行数据为0xCDAB，插入一个bitslip信号后采集数据变为0xBCDA，你可以通过多次插入bitslip的方法来获取正确的并行数据序。

SDR以及DDR模式下bitslip插入次数对并行数据字节序的影响如下图所示，插入8次bitslip就可以将整个转换循序循环一遍。

。

图（6）BitSlip训练移位规律

但是在实际测试过程中发现规律为：

1 左1

2 右3

3 左1

4 右3

5 左1

6 右3

7 右1

8 左3

9 右1

不管是哪种方式，我们都是一次一次的拉高bitsilp，直到有正确的字节顺序。

          在上面所介绍的资源中，IDELAYE2是动态相位对其训练的神器，ISERDESE2实现串并转换，其Bitslip功能是实现并行化数据对齐的关键。

注意： 

Bitslip的移位并不是首尾循环

Although the repeating pattern seems to show that bitslip is a barrel shifting operation, this is not the case. A bitslip operation adds one bit to the input data stream and loses the nth bit in the input data stream. This causes the operation on repetitive patterns to appear like a barrel shifter operation.

如下图：

图1是没有使用bitsilp的情况，可以看到接受到的数据为：100111 011000 100000

再第二个时钟 使用bitsilp之后，数据变成： 100111 110001 000000 

可以看到第二拍的数据 从原来的011000 变成110001 ，而末尾的1是下一个数据的1，开始的0被丢弃

图1

图2

1.4 iddr:

IDDR三种模式：我们用的是SAME_EDGE_PIPELINED

端口：

介绍：