SRIO IP介绍（二） SRIO IP配置及上板验证

作者：菜鸟追梦旅行 | 2024-04-06 09:11:19

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srio

上讲我们介绍了SRIO的一些基础知识，例如SRIO系统架构，HELLO包格式，以及相对应的时序等。了解了这些基础知识后，我们就来学习一下怎么去使用SRIO IP。大家通过第一讲的学习可能会觉得SRIO的内容实在是太多了，但是它使用起来是非常简单的，通过本文的学习，相信大家都能够学会SRIO IP的使用，咱们接着往下看。

1.设计流程步骤

首先我们先从vivado中打开SRIO IP，如图所示：

Mode：可以选择Basic模式和Advanced模式，区别就是高级模式包括所有配置选项，而基本模式在单个页面上仅显示一组简化的常用选项。一般情况下，Basic模式已经能够满足我们的需求了，因此我们就以Basic模式为例，给大家介绍SRIO IP的使用。

Link Width:链路宽度表示每个方向生成的串行通道的数量。Serial RapidIO Gen2内核可以有一个、两个或四个通道。系统的带宽随着通道的数量而增加。在这里需要给大家强调的一点就是，通道数的增加，并不会增加SRIO传输数据的位宽。

这里要注意和Aurora进行区分。那么增加通道的数量会带来什么影响呢，没错，就是速率的影响，它会把SRIO的输出时钟log_clk的频率提高，由于数据位宽一直都是64bit，并且数据的传输就是在log_clk下进行的，那么，通道数增加，也就意味着数据传输的速率变快了。

Transfer Frequency:传输频率表示Serial RapidIO内核的每通道波特率。每个串行收发器以选定的线路速率运行。系统的带宽随着传输频率的增加而增加。那么它与log_clk的关系是什么呢，其实可以简单理解为log_clk=线速率*通道数/80，除以80的原因是SRIO也是采用8/10B编码，所以64bit数据就需要16bit的开销。那如果线速率是3.125Gbps，1通道，log_clk的时钟周期就25.6ns。

最后再补充一句，如果我们查阅官方给的手册会发现，有太多个时钟了，比如phy_clk,gt_clk,gt_pcs_clk等，但是其实我们实际上使用的就只有逻辑时钟，其他那些时钟只需要大概了解一下就行，当然以上说的这些时钟在下一讲介绍官方例程的时候，我们也会提到。

Reference Clock Frequency:参考时钟频率是通过专用收发器参考时钟引脚引入FPGA的时钟速率。参考时钟并不会影响我们的log_clk,在下一讲我们也会对其他的时钟作详细解释。

Buffer Configuration：发送和接收缓冲区的深度可以自定义为8、16或32。此数字表示缓冲区能够存储的数据包数量。选择较小的缓冲器深度节省资源（主要是块RAM和LUT），而最大缓冲器深度产生最大吞吐量。

Component Device ID：组件设备ID确定基本设备ID CSR的重置值。可以类比理解为收发数据需要知道对方的ID号，自己的ID就是源ID，对方的ID就是目的ID。

Device ID Width: 核心的设备ID宽度应与链路伙伴的设备ID宽度匹配。否则，交易可能会因标头移位而被误解。大多数系统使用8位设备ID，但SRIO Gen2端点也通过此选项提供大型系统支持。

Flow Control:这些选项指示变送器使用的流量控制类型。

Shared Logic：我们直接包含在例程里面就可以了。

到这里之后我们的IP就算配置完成了，接下来就带大家一起学习一下怎么使用它进行数据的传输

2.收发测试

首先右键单击 SRIO IP，选择open IP Example Design

之后大家会看到有很多子文件，如下图所示：

用红色圈出来的有4个子文件，这几个文件可以直接删除，并且在Example_top模块也删除，本节内容就用最简单的方法，教会大家怎么使用SRIO IP进行数据的收发，更为详细的解释，会在下一讲说明。

然后大家其实可以发现，这些子文件其实全都都在Example_top模块下的。那我们要收发数据其实也很简单。首先自己定义一个发送和接收模块，其次，再定义一个顶层top模块，top模块作用就是把Example_top、Transmit、Receive模块连接到一起。

如下图所示：

我们定义了发送模块、接收模块、顶层模块，并且把IP核的子文件和自定义的文件连接起来。接下来，给大家介绍一下对应端口的连接，首先就是srio_example模块，也就是子文件的顶层，我们看一下它的端口信号：


`timescale 1ps/1ps
(* DowngradeIPIdentifiedWarnings = "yes" *)
 
 
module srio_example_top_srio_gen2_0 #(
    parameter SIM_VERBOSE               = 1, // If set, generates unsynthesizable reporting
    parameter VALIDATION_FEATURES       = 1, // If set, uses internal instruction sequences for hw and sim test
    parameter QUICK_STARTUP             = 1, // If set, quick-launch configuration access is contained here
    parameter STATISTICS_GATHERING      = 1, // If set, I/O can be rerouted to the maint port [0,1]
    parameter C_LINK_WIDTH              = 4
    )
   //  port declarations ----------------
   (
    // Clocks and Resets
    input            sys_clkp,              // MMCM reference clock
    input            sys_clkn,              // MMCM reference clock
 
    input            sys_rst,               // Global reset signal
 
    // high-speed IO
    input           srio_rxn0,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp0,              // Serial Receive Data
 
    input           srio_rxn1,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp1,              // Serial Receive Data
 
    input           srio_rxn2,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp2,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxn3,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp3,              // Serial Receive Data
 
    output          srio_txn0,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp0,              // Serial Transmit Data
 
    output          srio_txn1,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp1,              // Serial Transmit Data
 
    output          srio_txn2,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp2,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txn3,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp3,              // Serial Transmit Data
 
    input           sim_train_en,           // Set this only when simulating to reduce the size of counters
    output  [7:0]   led0
 
   );

1. Parameter定义的5个参数咱们是不用管的，在IP核配置完成之后，这里的参数就会定下来，其实这也就是官方例程的魅力所在，基本上都是参数化来写的程序。

2. 接下来，又定义了4个通道的接收，4通道的发送，当然这里是因为我的IP配置的是4通道，并且高速数据的传输大都采用差分信号线。

3. 然后就到了 input sim_train_en, output [7:0] led0；这两个信号在实际使用的时候用不到，我们直接在对应地方删除就好，或者就是wire一下，不要放到端口信号那里。

4.我们需要再加几个信号，就能完成端口的例化了，当然也非常简单，我们要自己收发数据，就需要自己产生发送、接收有效信号等。总共需要加14个端口信号，6个是发送数据相关的，6个是接收信号相关的，还有两个是链路初始化相关的，SRIO进行通信，首先就需要把链路建立起来以后，才能做一些数据的收发，如下所示：


`timescale 1ps/1ps
(* DowngradeIPIdentifiedWarnings = "yes" *)
 
 
module srio_example_top_srio_gen2_0 #(
    parameter SIM_VERBOSE               = 0, // If set, generates unsynthesizable reporting
    parameter VALIDATION_FEATURES       = 1, // If set, uses internal instruction sequences for hw and sim test
    parameter QUICK_STARTUP             = 1, // If set, quick-launch configuration access is contained here
    parameter STATISTICS_GATHERING      = 1, // If set, I/O can be rerouted to the maint port [0,1]
    parameter C_LINK_WIDTH              = 4
    )
   //  port declarations ----------------
   (
    // Clocks and Resets
    input            sys_clkp,              // MMCM reference clock
    input            sys_clkn,              // MMCM reference clock
 
    input            sys_rst,               // Global reset signal
   
   output           log_clk,
    // high-speed IO
    input           srio_rxn0,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp0,              // Serial Receive Data
 
    input           srio_rxn1,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp1,              // Serial Receive Data
 
    input           srio_rxn2,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp2,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxn3,              // Serial Receive Data
    input           srio_rxp3,              // Serial Receive Data
 
    output          srio_txn0,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp0,              // Serial Transmit Data
 
    output          srio_txn1,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp1,              // Serial Transmit Data
 
    output          srio_txn2,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp2,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txn3,              // Serial Transmit Data
    output          srio_txp3,              // Serial Transmit Data
/*********************************************/
	input           val_ireq_tvalid,
    output          val_ireq_tready,
    input           val_ireq_tlast ,
    input   [63:0]  val_ireq_tdata ,		//待发送给DSP的数据
    input   [7:0]   val_ireq_tkeep ,
    input   [31:0]  val_ireq_tuser ,
	
	output        	val_treq_tvalid,
    input           val_treq_tready,
    output          val_treq_tlast,
    output  [63:0]  val_treq_tdata,			//从DSP接收来的数据
    output  [7:0]   val_treq_tkeep,
    output  [31:0]  val_treq_tuser,
	
	output  	   	port_initialized,
	output         	link_initialized
 /*********************************************/ 
 
   );

可以看到，以上程序也给了一些注释，本程序是为了FPGA与DSP进行数据交互的而设计的，如果两块FPGA之间进行数据的传输同样可以采用SRIO。

对于FPGA给DSP发送的数据来讲，那信号名称就是ireq，总共6个信号，是从 srio_request_gen_srio_gen2_0模块引出来的，简单来说就是把srio_request_gen_srio_gen2_0模块的这6个信号，连接到咱们自己产生的发送模块里面。当然这6个信号是符合AXI协议的，简而言之，就是vld和rdy信号握手，此时数据有效。

类似的，对于FPGA来说，DSP给FPGA发送的数据就是treq，总共6个信号，连接到咱们自己产生的接收模块里面。同样也符合AXI协议，这6个信号是从 srio_response_gen_srio_gen2_0模块引出来的。其实大家应该也发现了，request就是请求，对应数据发送，response是应答，对应数据接收。

最后，对于port_initialized表示端口已初始化。此信号反映物理层配置中端口n错误和状态CSR中端口未初始化位的值。而link_initialized表示链接已初始化。具体地，已经发送了至少15个状态控制符号，并且已经接收了8个无差错的状态控制符号。这两个信号是从support模块引出来的，实际上我们使用的时候，会把这两个信号相与，作为初始化成功的信号。

以上就是对Example_top模块的端口说明，接下来给出顶层的例化部分程序，发送和接收部分是根据自己的逻辑，用状态机实现的，程序比较长，就不在这里给出了。顶层的例化部分程序如下：


//********************************************SRIO*******************************************
(*mark_debug = "true"*)wire			ireq_tvalid;
(*mark_debug = "true"*)wire			ireq_tready;	
(*mark_debug = "true"*)wire			ireq_tlast; 	
(*mark_debug = "true"*)wire	[63:0]	ireq_tdata; 	
(*mark_debug = "true"*)wire	[7:0]	ireq_tkeep; 	
(*mark_debug = "true"*)wire	[31:0]	ireq_tuser; 	
(*mark_debug = "true"*)wire			treq_tvalid;	
(*mark_debug = "true"*)wire			treq_tready;	
(*mark_debug = "true"*)wire			treq_tlast;	
(*mark_debug = "true"*)wire [63:0]  treq_tdata;		
(*mark_debug = "true"*)wire [7:0]   treq_tkeep;	
(*mark_debug = "true"*)wire [31:0]  treq_tuser;	
wire	port_initialized;
wire	link_initialized;	
   
srio_example_top_srio_gen2_0 #(
    .SIM_VERBOSE               (0), // If set, generates unsynthesizable reporting
    .VALIDATION_FEATURES       (1), // If set, uses internal instruction sequences for hw and sim test
    .QUICK_STARTUP             (1), // If set, quick-launch configuration access is contained here
    .STATISTICS_GATHERING      (1), // If set, I/O can be rerouted to the maint port [0,1]
    .C_LINK_WIDTH              (4)
)
srio_example(
    //Clocks and Resets
    .sys_clkp			(srio_clkp			),         
    .sys_clkn			(srio_clkn			),        
    .sys_rst			(rst				),           
	.log_clk		   	(log_clk_out		),	
    //high-speed IO
    .srio_rxn0			(srio_rxn0			),        
    .srio_rxp0			(srio_rxp0			),        
    .srio_rxn1			(srio_rxn1			),        
    .srio_rxp1			(srio_rxp1			),        
	.srio_rxn2			(srio_rxn2			),        
    .srio_rxp2			(srio_rxp2			),        
    .srio_rxn3			(srio_rxn3			),        
    .srio_rxp3			(srio_rxp3			),        
		
    .srio_txn0			(srio_txn0			),        
    .srio_txp0			(srio_txp0			),        
    .srio_txn1			(srio_txn1			),        
    .srio_txp1			(srio_txp1			),        
	.srio_txn2			(srio_txn2			),        
    .srio_txp2			(srio_txp2			),        
    .srio_txn3			(srio_txn3			),        
    .srio_txp3			(srio_txp3			),        
	
	//User_interface
	.val_ireq_tvalid	(ireq_tvalid		),
    .val_ireq_tready	(ireq_tready		),
    .val_ireq_tlast 	(ireq_tlast			),
    .val_ireq_tdata 	(ireq_tdata			),	//ĺé?çťDSPçć°ć?
    .val_ireq_tkeep 	(ireq_tkeep			),
    .val_ireq_tuser 	(ireq_tuser			),
 
	.val_treq_tvalid	(treq_tvalid		),
    .val_treq_tready	(treq_tready		),
    .val_treq_tlast		(treq_tlast			),
    .val_treq_tdata		(treq_tdata			),	//äťDSPćĽćśćĽçć°ćŽ
    .val_treq_tkeep		(treq_tkeep			),
    .val_treq_tuser		(treq_tuser			),
	
	.port_initialized	(port_initialized	),
	.link_initialized	(link_initialized	)	
);
   
//******************************************SRIOĺć°*****************************************	
wire 	SRIO_initialized;
assign	SRIO_initialized = port_initialized & link_initialized;
 
Transmit_data Transmit_data_inst(
	.log_clk					(log_clk_out				),
	.rst						(rst						),
	
	.trans_begin				(1'b1						), 
    .SRIO_initialized			(SRIO_initialized			), 
	.time_delay_error_3r		(time_delay_error_3r		),
	.phase_delay_error_3r		(phase_delay_error_3r		),
	.velocity_error_3r			(velocity_error_3r			),
	.angle_error_3r				(angle_error_3r				),
	.yuanCPI_num_3r				(yuanCPI_num_3r				),
	.zhongCPI_num_3r			(zhongCPI_num_3r			),
	.jinCPI_num_3r				(jinCPI_num_3r				),
 
	.yuanCPI_PRT_num_3r			(yuanCPI_PRT_num_3r			),
	.zhongCPI_PRT_num_3r		(zhongCPI_PRT_num_3r		),
	.jinCPI_PRT_num_3r			(jinCPI_PRT_num_3r			),
	.yuan_event_num_before_fifo_rst  	(yuan_event_num_before_fifo_rst),
	.yuan_event_num_all_cpi	       		(yuan_event_num_all_cpi),
	.zhong_event_num_before_fifo_rst 	(zhong_event_num_before_fifo_rst),
	.zhong_event_num_all_cpi			(zhong_event_num_all_cpi),
	.jin_event_num_before_fifo_rst  	(jin_event_num_before_fifo_rst),
	.jin_event_num_all_cpi				(jin_event_num_all_cpi),
	.ref_unit_num_3r			(ref_unit_num_3r			),
	.protect_unit_num_3r		(protect_unit_num_3r		),
	.detect_factor_3r			(detect_factor_3r			),
	.distance_win_num_3r		(distance_win_num_3r		),
	.doppler_win_num_3r			(doppler_win_num_3r			),
	.master_sla_dyt_3r			(master_sla_dyt_3r				),
    //ä¸ĺ¤é¨FIFOćĽĺŁ	
	.pakage_data_in				(pakage_data_in				),
	.package_fifo_pfull			(package_fifo_pfull			), 
	.rd_package_fifo			(rd_package_fifo			), 
	
	.event_num_before_db		(event_num_before_db		), 
	
	.ireq_tvalid				(ireq_tvalid				),
	.ireq_tready				(ireq_tready				),
	.ireq_tlast					(ireq_tlast					),
	.ireq_tdata					(ireq_tdata					),
	.ireq_tkeep					(ireq_tkeep					),
	.ireq_tuser					(ireq_tuser					)
);	
 
//******************************************SRIOćść°*****************************************	
Receive_data Receive_data_inst(
	.log_clk					(log_clk_out				),
	.read_clk					(log_clk_out				),
	.rst						(rst						),
//	.restart					(restart_2r					),
	
	.treq_tvalid				(treq_tvalid				),
	.treq_tready				(treq_tready				),
	.treq_tlast					(treq_tlast					),
	.treq_tdata					(treq_tdata					),
	.treq_tkeep					(treq_tkeep					),
	.treq_tuser					(treq_tuser					),	
					
	.srio_rxdata_out			(srio_rxdata_out			),	
	.jiaodu_data				(jiaodu_data				),
	.jiaodu_vld					(jiaodu_vld					),
	.srio_rxdata_valid			(srio_rxdata_valid			)	
);

这样一来，我们就把自己的顶层，发送模块，接收模块，以及Example_top模块连接到一起了，然后根据自己需要传输的数据来编写发送和接收模块的代码即可，当然，如果还是有一些问题也欢迎讨论，大家一起交流学习。

上板验证：SRIO IP配置的是4x，3.125Gbps，通过之前的介绍，我们知道log_clk_out的时钟周期是6.4ns，在这里也可以和大家分享一个小技巧，如果大家不确定自己算的时钟频率是否正确，那可以直接打开官方的例程，直接Run simulation即可，只是需要等待时间长一点，这样就能看到当前配置下的时钟频率具体是多少了。

本次程序采用的是递增数来进行测试，从一块FPGA的光口，发到另外一块FPGA的光口，一包数据是256字节，正好是一包最大的数据传输量，对应32个64bit。总共发了500包，由于ila深度不够，我这里只给出开头部分的截图，下面给出测试结果：

SRIO数据发送

SRIO数据接收

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SRIO IP介绍 （二） SRIO IP配置及上板验证

1.设计流程步骤

2.收发测试

SRIO IP介绍（二） SRIO IP配置及上板验证