RocketIOTM GTP在串行高速接口中的位寬設計

摘要：Virtex-5 RocketI0TM GTP是Xilinx公司根據高速串行接口開發市場對高性能GTP的特殊要求而開發的一款具有通用性、易用性、低功耗和低成本特性的GTP收發器。文章針對Virtex-5 RocketIOTM GTP收發器的串行高速系統接口開發過程中位寬轉換的幾個技術問題提出了解決方案，并以SATA2．0開發為例，通過Xilinx Virtex-5 XC5VLX50T FPGA驗證方案進行了可行性驗證。
關鍵詞：RocketI0TM；GTP；串行高速；位寬轉換

0 引言
二十世紀六七十年代，集成電路技術取得了大幅進步，大量元件可以集成到一個小小的芯片上，因此，當時的計算機系統便開始普遍采用并行通訊處理機制。但是，隨著技術進步和速度需求的提升，人們發現，并行通訊也存在很多弊端，比如碼間串擾，時鐘混亂，傳輸距離受限，傳輸線造價高等。
最近幾年，在接口互聯技術范圍內，高速串行接口正在迅速取代并行拓撲結構而成為流行的接口標準。當今很多公用互連標準(如USB，PCIExpress，Serial ATA)都是基于串行傳輸來實現速度的躍升。串行接口技術的開發也迅速在全世界走紅。
為了迎合串行高速接口技術開發的廣闊前景，Xilinx公司在推出的Virtex-5 FPGA以及配套的Virtex-5 RocketIOTM GTP收發中開始支持多種協議，如SATA2．0傳輸協議。SATA (Serial ATA)，即串行高級技術附加裝置，該協議于2001年發布，是目前主流的主機硬盤互聯標準，該標準采用差分信號串行傳輸數據，進而解決了IDE硬盤由于串擾而導致的傳輸速率受限問題。2002年，Serial ATA委員會確立的Serial ATA 2．0規范可對外提供3．0Gb／s的傳輸速率，并支持熱插拔NCO，磁盤陣列等功能。2005年，SATA2．0產品正式上市。此外，Virtex-5 Rock-etI0TM GTP收發器還可以完成內部8B／10B轉換，但是，Virtex-5 RocketIOTMGTP進行8B／10B轉換時，處理的目標數據以字節為單位，即并行數據接收端的最大位寬為16bit，而SATA2．0協議中定義的數據處理單位是雙字(DW：Double Words)，同時，FPGA中設計的數據處理邏輯也是根據協議的要求而定義為75MHz的時鐘域來進行處理，因此，在將數據交給FPGA中的數據處理主體邏輯之前，還必須進行等速率的時鐘域和位寬的轉換。
為此，本文在對Virtex-5 RocketIOTM GTP進行了解的基礎上，針對串行高速接口開發中位寬不匹配的問題，提出了一種位寬轉換方法，以解決Virtex-5 RocketI0TM GTP無法直接應用于某些串行高速接口開發的問題，并就SATA2．0接口開發中該問題的解決方案進行詳細闡述。

1 SATA2．0協議數據的相關操作結構
根據SATA2．0協議規定，系統進行數據操作和傳輸時的基本單位是Dword (Double、word)，共計32 bit，由低有效字wordO和高有效字wordl組成，也可以看做是由byte0～byte3四個有效字節組成。其相互關系如圖1所示。

原語(primitive)是主機與設備間鏈路層交互的載體，一般由一個帶有控制字符byteO和附加字符bvtel―byte3的Dword組成，SATA2．0協議將原語的byte0稱為K字符，將附加字符bytel一byte3稱為D字符，由不同的K字符和D字符可以構成原語組。字符內容由8B／10B轉換中的6―4分組確定。其原語組的編碼如表1所列。