基于VC709构建FPGA开发学习平台(四)-光纤接口AuroraIP设置与分析_如何把数据送入aurora ip

一、概述

VC709板卡在Bank113上连接了4个SFP+光纤接口，可用于板间高速数据传递。使用Aurora IP，可以快速的构建数据收发链路，实现数据的系统间传递。

本文包含了Aurora IP的设置以及EXAMPLE_DESIGN的详细分析。

工具版本：Vivado2021.1

二、Aurora IP设置

页面1的设置如下图。

1）参考时钟的设置要匹配板上的实际情况，这里设置为200MHz，可参考前续文章《基于VC709构建FPGA开发学习平台(三)-GTH的参考时钟-CSDN博客》

2）一般第一次下载到板卡时，推荐打开VivadoLabTools选项，利用ILA和VIO等工具，对链路进行调试，调试完成后，再关闭即可。

3）GT的控制和状态端口可选择性的打开，一般只用到其中的loop_back端口设置自回环，以验证FPGA本身的问题。

页面2的设置如下图：

1）选择SFP+所在的GTH位置，对于VC709而言，SFP+接口位于BANK113，因此选择GTHQ3，通道1、2、3、4的顺序如图标注。

页面3的设置：

1）shared logic一般勾选“in the example design”，因为GT_REFCLK通常被一个BANK中的四个GT Channel复用，若被一个Channel包含到了Core中，会导致其它Channel无法使用。

确认后，生成Aurora IP 。

三、EXAMPLE_DESIGN结构分析：

EXAMPLE_DESIGN主要包含了4大部分：

1）与TX接口相连的FRAME_GEN模块，用于产生一定模式的发送数据；

2）与RX接口相连的FRAME_CHECK模块，用于对接收到的数据进行正确性验证；

3）ILA和VIO对工程的工作状态进行设置和监控；

4）Aurora IP本身。

四、FRAME_GEN数据产生模块：

        FRAME_GEN模块用来按照既定的模式产生发送的数据，模块产生的数据类似于伪随机数的模式，利用移位+异或的方式产生数据。

1）模块在CHANNEL_UP为低时，一直处于复位状态：

aurora_64b66b_x1_frame_gen.v, line 151:   
 
  assign reset_i = RESET || (!CHANNEL_UP); 

此时，pdu_lfsr_r寄存器被赋予了初始种子值16‘habcd，然后每次成功发送一次数据，就进行一次移位+异或操作,改变数据模式：

line 152~156：
 
 //Generate random data using XNOR feedback LFSR
     always @(posedge USER_CLK)
       if(reset_i)
        begin
         pdu_lfsr_r <=  `DLY    16'hABCD;  //random seed value
        end
       else if(!TX_DST_RDY_N && !idle_r)
        begin
        pdu_lfsr_r  <=  `DLY    {!{pdu_lfsr_r[3]^pdu_lfsr_r[12]^pdu_lfsr_r[14]^pdu_lfsr_r[15]}, 
                                 pdu_lfsr_r[0:14]};
        end
     
     //Connect TX_D to the pdu_lfsr_r register
     assign  TX_D    = {AURORA_LANES*4{pdu_lfsr_r}};

2）发送数据包

采用两个计数器：包计数器、包内数据计数器，对已发出的包和每个包内的数据进行计数，包计数的循环范围是0~15：

line 198~212:
 
     //Use a counter to determine the size of the next frame to send
     always @(posedge USER_CLK)
         if(RESET_ii)
             frame_size_r    <=  `DLY    4'h0;
         else if(single_cycle_frame_r || eof_r)
             frame_size_r    <=  `DLY    frame_size_r + 1;
 
     //Use a second counter to determine how many bytes of the frame have already been sent
     always @(posedge USER_CLK)
         if(RESET_ii)
             bytes_sent_r    <=  `DLY    4'h0;
         else if(sof_r)
             bytes_sent_r    <=  `DLY    4'h1;
         else if(!TX_DST_RDY_N && !idle_r)
             bytes_sent_r    <=  `DLY    bytes_sent_r + 1;

依据这两个计数器，每当包计数值frame_size_r == 0时，发送一个单周期包：

     assign  next_single_cycle_frame_c   =   (ifg_done_c && (frame_size_r == 0)) &&
                                             (idle_r || single_cycle_frame_r || eof_r);

而在其它时刻发送的包长度取决于以下判断条件：

line 248:     
assign  next_data_cycle_c           =   (frame_size_r != bytes_sent_r) &&
                                             (sof_r || data_cycle_r);

line 251:
     assign  next_eof_c                  =   (frame_size_r == bytes_sent_r) &&
                                             (sof_r || data_cycle_r);

综上，frame_gen模块产生的数据模式为：

frame #1 ： 64‘hde56de56de56de56  (signle frame)

frame #2 ： 64‘heaf3eaf3eaf3eaf3 → 64‘hf579f579f579f579  (sof_r产生结束)

frame #3 ： 64‘h7abc7abc7abc7abc → 64‘hbd5ebd5ebd5ebd5e (data_cycle_r产生结束)

frame #4 ： 64‘h5eaf5eaf5eaf5eaf → 64‘haf57af57af57af57 → 64‘h7abd7abd7abd7abd → 64‘hebd5ebd5ebd5ebd5   → 64‘h75ea75ea75ea75ea  (data_cycle_r产生结束)

frame #5 ： 64‘h3af53af53af53af5 → 64‘h9d7a9d7a9d7a9d7a → 64‘h4ebd4ebd4ebd4ebd → 64‘ha75ea75ea75ea75e  → 64‘hd3afd3afd3afd3af  → 64‘he9d7e9d7e9d7e9d7(data_cycle_r产生结束)

frame #6 ： 64‘hf4ebf4ebf4ebf4eb → 64‘hfa75fa75fa75fa75 → 64‘hfd3afd3afd3afd3a → 64‘h7e9d7e9d7e9d7e9d  → 64‘h3f4e3f4e3f4e3f4e → 64‘h1fa71fa71fa71fa7(data_cycle_r产生结束)

frame #7 .....

 五、数据校验模块FRAME_CHECK：

        采用同样的随机数生成方法，以de56为种子(匹配发送端的第一个数据)，每接收到一个有效数据，就进行一次移位异或，由于采用的移位异或算法与发送端是一致的，因此二者生成的数据序列是一致的，从而实现正确性的对比。

line 149~155:
     //Generate the PDU data using LFSR for data comparision
     always @ (posedge USER_CLK)
     if(reset_i)
       pdu_lfsr_r  <=  `DLY  16'hD5E6;
     else if(pdu_data_valid_c)
       pdu_lfsr_r  <=  `DLY  {!{pdu_lfsr_r[3]^pdu_lfsr_r[12]^pdu_lfsr_r[14]^pdu_lfsr_r[15]}, 
                            pdu_lfsr_r[0:14]};

产生序列的顺序为：de56 → eaf3 → f579 → 7abc ..... ， 如果接收到的数据未发生过丢失，则刚好与发送端的数据一一匹配。若发生了数据丢失或误码，则DATA_ERR_COUNT＋1：

line 305:
  
assign data_err_c[0] = ( pdu_data_valid_r && (RX_D_R[0:63] != pdu_cmp_data_r1[0:63]));      

总结：

由于数据的产生和比较都是“内源”性的，无需用户参与，因此只要物理链路正常，CHANNEL_UP拉高后，两个模块即开始运行测试。CHANNEL_UP信号为低时，两个模块处于复位状态。

参考文献：

《PG074-Aurora 64B/66B v12.0 LogiCORE IP Product Guide》