JESD204B協議基礎知識

 

目錄

 

1.JESD204B優勢

2. 關鍵變量

3.IP核應用

4.同步

4.1 代碼組同步 

4.2 初始化多幀序列

4.3 數據傳輸


1.JESD204B優勢

    JESD204是基於SERDES的串行接口標準,主要用於數模轉換器和邏輯器件之間的數據傳輸,最早版本的是JESD204A,現在是JESD204B subclass0,subclass1,subclass2。區別主要在於對齊同步和鏈路間固定時差的測量。目前市場上比較多的數模轉換器接口是JESD204B  subclass1。其最大傳輸速率可達12.5Gbps,支持多鏈路和多器件的同步以及固定時差的測量。

2. 關鍵變量

M converters/device , 轉換器(AD/DA)數量

Llanes/device(link) 通道數量

Foctets/frame (per lane) 每幀的8位字節數

K:frames/multiframe 每個多幀的幀數

Nconverter resolution 轉換器分辨率

N'total bits/sample 4的倍數,如果不夠4的倍數,用控制和僞數據位來填充 N‘= N+控制和僞數據位。

Ssample/converter/frame cycle 每個轉換器每幀發送的樣本數。當S=1時,幀時鐘=採樣時鐘

CScontrol bits / sample

CF:control words /frame cycle /device  

其中  F = (M x S x N’)/(8 x L) 

         K 的範圍是 1-32,具體設置的值,根據對端AD芯片同等設計

          serial line rate = core clock * 40

3.IP核應用

1)

1: 標識是發送模塊還是接受模塊

2:LMFC buffer  size ,最小值爲F * K。

3: 每條鏈路的通道個數

4:AXI4的時鐘,這裏的AXI 4 用來重配 內部參數。我看平時操作的時候也不用,平時也就界面上配置的東西就夠用了,不用重配置或者額外配置其他參數

5:該選項可以選擇sysref信號被core clk的上升沿或下降沿採樣,用於jesd204b子類1的確定性延遲功能。一般來說,外界提供的core clock和sysref是同源且上升沿對齊信號,因此在FPGA端最好選擇在時鐘下降沿採樣sysref比較精確,

6:用戶決定IP核的core clk是否由glbclk(p/n)管腳輸入。當refclk(p/n)頻率不等於core clk時,必須外部輸入core clk。這個例子中,由外部時鐘芯片產生122.88MHZ的時鐘給core clock,所以,這裏不勾選

2) 共享邏輯選擇

 

3) 

1:該選項用來配置LMFC計數器是否在每個SYSREF脈衝到來時都復位,或者只在SYSREF的第一個有效脈衝到來時復位,忽略以後的SYSREF信號。這裏選擇OFF即可。SYSREF 基本上都和device  clock同源,但是頻率比device  clock低很多,這樣才能保證被正常採樣到。比如在我的設計中,device  clock = 122.88MHZ ,SYSREF CLOCK  = 0.6144mhz.

2:擾碼,根據AD那邊的配置來,有利有弊,需要權衡

3: 每幀包含的8bit個數,根據AD配置來。

4:一個多幀包含的幀個數,範圍1-32。根據AD配置來。

5:該選項用來選擇每次鏈路重新同步時是否需要sysref信號,我們最好關閉它,默認鏈路同步時不需要該信號,只在SYNC拉高後的下一個LMFC上升沿同步就可以了,這樣就方便許多。

4)

1:這裏根據芯片型號來,不用管

2:速度,線速度 = core clock * 40

3: 參考時鐘 就等於core  clock ,也等於device clock 。

4: 這裏根據設計要求,是用CPLL時鐘還是QPLL時鐘。

5:DRP clock  對於七系列器件,DRP clk和AXI4-Lite clock爲同一時鐘,這裏也只能是122.88MHZ

4.同步

4.1 代碼組同步 

CGS:代碼組同步(code group sync)當發送端檢測到SYNC 信號爲低電平時啓動發送8B10B中的K28.5碼,本數據段不進行擾碼和字節替換操作,接收端檢測到最少4個K28.5後可釋放SYNC信號。

注意:

1)  串行數據傳輸沒有接口時鐘,因此RX必須將其數位及字邊界與TX串行輸出對齊。RX向TX發送SYNC請求信號,讓其通道發送一個已知的重複比特序列K28.5。RX將移動每個通道上的比特數據,直到找到4個連續的K28.5字符爲止。此時,不僅將知道比特及字邊界,而且實現了CGS。

2) RX 的SYNC輸出必須與RX的幀時鐘同步,同時要求TX的幀時鐘與SYNC同步。

擴展:特殊字符 16 進製表示。K28.5 = 16'hBC

4.2 初始化多幀序列

ILA:初始化多幀序列(initial lane alignment)該階段發送連續的4個初始化多幀(多幀是由K個幀組成,字節數爲K*F),本段不進行擾碼和字節替換。

1) 在JESD204B中,發送模塊捕捉到SYNC信號的變換,在下一個本地多幀LMFC邊界上啓動ILAS。

2) ILAS主要對齊鏈路的所有通道,驗證鏈路參數,以及確定幀和多幀邊界在接收器的輸入數據中的位置。

3) ILAS由4個多幀組成。其中,/K/=/K28.5/字符用於代碼組同步;/R/=/K28.0/標誌着初始化多幀的開始;/A/=/K28.3/字符標誌着初始化多幀的結束;/Q/=/K28.4/字符用於指示接收端用戶所配置的信息即將開始。

     每個多幀最後一個字符是多幀對齊字符/A,第一,三,四個多幀以/R字符開始,以/A字符結束。接收器以個通道的最後一個字符/A對齊接收器內各通道內各多幀的末尾。ILA 初始化多幀以K28.0開始以K28.3結束,其中第二個多幀的第二字節是K28.4關鍵字用來指示當前多幀在緊跟着K28.4的後續14個字節是參數配置信息。

4) 這些特定的控制字符只用於初始化通路對齊序列中,而不會在數據傳輸的任何其他階段出現。CGS和ILAS階段不加擾。

5) RX模塊中的FIFIO吸收信道偏移。

 

4.3 數據傳輸

DATA:數據傳輸階段(data transmission),該階段進行數據傳輸,規範中要求該階段的數據需要進行字節替換(擾碼和不擾碼的字節替換規則不同),用戶可以根據需求確定是否需要對數據進行擾碼操作。沒有控制字符,獲取鏈路全帶寬。利用字符替換來監視數據同步,多幀計數器LMFC.

字節替換規則:

1)沒有使能擾碼情況下的字節替換規則

2)使能擾碼情況下的字節替換規則

JESD204B規定的擾碼、解擾碼生成多項式

5. 時鐘要求

下圖是典型的JESD204B系統的系統連接,device clock 是器件工作的主時鐘,一般在數模轉換器裏爲其採樣時鐘或整數倍頻的時鐘,其協議本身的幀和多幀時鐘也是基於Device clock。SYSREF是用於指示不同轉換器或者邏輯device clock 的沿,如下圖所示,device clock和SYSREF必須滿足的時序關係。SYSREF的第一個上升沿要非常容易的被device clock 捕捉到。

SYSREF可以是週期信號,或者脈衝的週期信號,也可以是單脈衝信號。只有在器件請求同步時,才產生SYSREF信號,高電平有效。一般是通過DEVICE  CLOCK 的上升沿抓取,單也可以通過下降沿抓取。對於週期的SYSREF來說,其頻率必須是LMFC的整數倍

SYSREF = LMFC *n(n爲整數)。單脈衝模式,可以不按照LMFC整數倍計算

6. 完整的框架

 

從IP 核 的界面來看, 接收 jesd204 b的輸入是GTX模塊的輸出,而不是AD芯片直接輸出的差分對,所以,在204B接口前面,還需要添加GTX模塊。GTX 模塊的參數配置,和204b AD 芯片配套,相同配置即可。

接收 jesd204 b的輸出是64bit的數據,這裏是經過多bit組合的,具體差分方式 IP核中有說明,也可以直接參照AD 芯片的數據組合方式差分成最終數據

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