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RocketIOTM GTP 在串行高速接口中的位宽设计 摘要：Virtex-5 RocketI0TM GTP是Xilinx公司根据高速串行接口开发市场对高性能GTP 的特殊要求而开发的一款具有通用性、易用性、低功耗和低成本特性的GTP收发器。文章针 对Virtex-5 RocketIOTM GTP收发器的串行高速系统接口开发过程中位宽转换的几个技术问 题提出了解决方案，并以SATA2．0开发为例，通过Xilinx Virtex-5 XC5VLX50T FPGA验证 方案进行了可行性验证。 关键词：RocketI0TM；GTP；串行高速；位宽转换 0 引言 二十世纪六七十年代，集成电路技术取得了大幅进步，大量元件可以集成到一个小小 的芯片上，因此，当时的计算机系统便开始普遍采用并行通讯处理机制。但是，随着技术进 步和速度需求的提升，人们发现，并行通讯也存在很多弊端，比如码间串扰，时钟混乱，传 输距离受限，传输线造价高等。 最近几年，在接口互联技术范围内，高速串行接口正在迅速取代并行拓扑结构而成为 流行的接口标准。当今很多公用互连标准(如USB，PCIExpress，Serial ATA)都是基于串行 传输来实现速度的跃升。串行接口技术的开发也迅速在全世界走红。 为了迎合串行高速接口技术开发的广阔前景，Xilinx公司在推出的Virtex-5 FPGA以及 配套的Virtex-5 RocketIOTM GTP收发中开始支持多种协议，如SATA2．0传输协议。SATA (Serial ATA)，即串行高级技术附加装置，该协议于 2001 年发布，是目前主流的主机硬盘 互联标准，该标准采用差分信号串行传输数据，进而解决了IDE硬盘由于串扰而导致的传输 速率受限问题。2002 年，Serial ATA委员会确立的Serial ATA 2．0 规范可对外提供 3．0Gb ／s的传输速率，并支持热插拔NCO，磁盘阵列等功能。2005年，SATA2．0 产品正式上市。 此外，Virtex-5 Rock-etI0TM GTP收发器还可以完成内部 8B ／10B转换，但是，Virtex-5 RocketIOTMGTP进行8B／10B转换时，处理的目标数据以字节为单位，即并行数据接收端的 最大位宽为 16bit，而SATA2．0 协议中定义的数据处理单位是双字(DW：Double Words)，同 时，FPGA中设计的数据处理逻辑也是根据协议的要求而定义为 75MHz的时钟域来进行处理， 因此，在将数据交给FPGA中的数据处理主体逻辑之前，还必须进行等速率的时钟域和位宽的 转换。 为此，本文在对 Virtex-5 RocketIOTM GTP 进行了解的基础上，针对串行高速接口开 发中位宽不匹配的问题，提出了一种位宽转换方法，以解决 Virtex-5 RocketI0TM GTP 无法 直接应用于某些串行高速接口开发的问题，并就 SATA2．0接口开发中该问题的解决方案进 行详细阐述。 1 SATA2．0协议数据的相关操作结构 根据 SATA2．0 协议规定，系统进行数据操作和传输时的基本单位是 Dword (Double、 word)，共计32 bit，由低有效字 wordO 和高有效字 wordl 组成，也可以看做是由 byte0～ byte3 四个有效字节组成。其相互关系如图 1 所示。 原语(primitive)是主机与设备间链路层交互的载体，一般由一个带有控制字符 byteO 和附加字符 bvtel―byte3的 Dword 组成，SATA2．0 协议将原语的 byte0 称为 K 字符，将附 加字符 bytel 一byte3 称为 D 字符，由不同的 K 字符和 D 字符可以构成原语组。字符内容由 8B／10B 转换中的 6―4 分组确定。其原语组的编码如表 1 所列。 无论是在传输还是在操作过程中，都要保证每个 Dword 的正确性和完整性，否则将导 致数据出错或原语流失。 另外，目前高速数据传输接口或总线常用 8B／10B 编码来编码，其根本目的是实现直 流平衡(DC Balance)。当高速串行流的逻辑 1 或逻辑 0 有多个位没有变化时，信号的转换就 会因为电压位阶的关系而造成信号错误。直流平衡的最大好处便是可以克服以上问题。8B