SPI-4．2總線應用和調試經驗談

引言
SPI-4．2總線(System Packet Interface，系統間數據包接口)是一種速度高達10 Gb／s的芯片間互連總線，主要應用于ATM信元傳輸、POS(Packet Over SONET／SDH，基于SONET／SDH的包傳輸)和10 Gb／s以太網等高端場合。特別在通信領域，很多高端處理器和網絡處理器，如Intel公司的IXP2800、Cavium公司的多內核處理器CN58xx系列、NetLogic公司的XLR732、Broadcom的BCM1480，幾乎都集成了SPI-4．2接口，以提高芯片的吞吐能力，適應通信產業朝著LTE(長期演進)發展的需求。還有眾多的物理層芯片，例如Cortina公司的CS1331，可以將SPI-4．2總線轉換成8個千兆以太網接口。SPI-4．2總線之所以被眾多的高端芯片所采用，與其高速、靈活、可靠的特性是密不可分的。

1 SPI-4．2總線基本原理
SPI-4．2總線是一種芯片間的互連總線，連接芯片的鏈路層和物理層模塊。其工作時鐘是源同步雙邊沿觸發時鐘，至少為311 MHz。圖1是使用SPI-4．2總線連接兩個芯片的示意圖。可見，SPI-4．2總線的信號在發送和接收方向完全對稱而又互相獨立，數據鏈路和狀態鏈路分開，并且其時鐘也是完全分開的。因此，該總線不僅適合于雙向通道，而且適合于只收不發或者只發不收的單向通道。

SPI-4．2總線具有以下特點：
①點對點互連，收發數據鏈路寬度為16位。
②發送和接收模塊的信號各分為兩組，即數據信號和狀態信號，分別對應數據鏈路和狀態鏈路，每個鏈路具有自己的時鐘。數據鏈路發送和接收數據，狀態鏈路傳輸相應鏈路的狀態信息。
③數據鏈路包含DCLK、DAT[15：0]和CTL三種LVDS(低壓差分傳輸)信號。前面加“T”表示信號屬于發送模塊，加“R”表示信號屬于接收模塊。以發送模塊為例，TDCLK是雙邊沿觸發時鐘，TCTL是控制信號，TDAT[15：0]承載了數據和控制信息。當TCTL為高電平時，TDAT[15：0]傳送的是數據包；當TCTL為低電平時，TDAT[15：0]傳送的是控制包。數據采用DIP～4校驗交織碼。
④狀態鏈路包括SCLK時鐘信號和STAT[1：0]狀態信號，信號類型是LVTTL或LVDS。SPI～4．2發送時序如圖2所示。如果選擇LVTTL，則SC-LK時鐘頻率是數據鏈路時鐘速率的1／4。如果選擇LVDS，則SCLK時鐘頻率和數據鏈路時鐘頻率相同。下文中均以LVDS為例進行闡述。狀態鏈路主要用于流控。

⑤接收和發送模塊都含有一個FIFO隊列，用于緩存數據，隊列長度由芯片設計而定。隊列的狀態信息通過狀態鏈路周期性地發送，接收模塊和發送模塊的狀態信息是獨立的。狀態信息附加了DIP-2交織校驗碼，以提高傳輸可靠性。