在FPGA中實現源同步LVDS接收正確字對齊

在具體應用時，還需通過仿真來確定具體應用下的字輸出順序，然后在邏輯設計里面進行調整，使最終的并行輸出符合滿足需求。下面以與TI的SN65LVDS95 LVDS發送器對接為例來介紹具體的設計方法和步驟。當把Stratix III的LVDS與別的LVDS器件對接時，也可以此為參考。

圖7：LVDS95輸出時序。

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在圖7，LVDS95輸出的時鐘和數據是對齊到輸出時鐘的上升沿上的，數據的最高比特(MSB)出現在時鐘上升沿之在后的第三個比特。這里的目的是使Stratix III 的LVDS接收器輸出正確的字順序，也即圖7中的D6出現在并行輸出數據的最高比特上。

圖8：綜合設置頁面。

假設并行側的時鐘頻率是60MHz，這樣串行LVDS的速率是480Mbps。為方便描述，這里只針對1路LVDS數據進行設計。

首先根據LVDS95的時序進行Stratix III中的LVDS模塊(ALTLVDS)的調用。

圖9：頻率和鎖相環設置頁面。

在圖8的綜合設置頁面中，我們沒有選上“Implement Serializer/Deserializer circuitry in logic cells，這樣就用到了LVDS SERDES硬核。同樣也沒有選上“Enable Dynamic Phase Alignment mode”選項，這表示不使用DPA功能。

圖10：接收器設置頁面。

在圖9中，根據LVDS95的輸出時序，在“What is the phase alignment of 'rx_in' with respect to the rising edge of 'rx_inclock'? ”里選擇了0度。在圖10的設置中，通常情況下需要選上“Register outputs”選項。但因為后續設計邏輯包含了這些寄存器，所以這里選擇該選項。此外，在這里沒有使能“rx_channel_data_align”端口來進行字重新對齊。

接下來需要通過仿真找出串行因子等于7的情況下，LVDS硬核的字順序情況。圖11給出了頂層設計例子，圖12是在MODELSIM里的仿真結果。

圖11：頂層模塊的設計。

從圖11的仿真波形可以看到，LVDS時鐘上升沿之后的第一個數據將在并行側的rx_out_tmp[6:0]中的rx_out_tmp[2]出現。結合LVDS95的特性，LVDS95輸出的MSB(D6)將在rx_out_tmp[0]出現，于是需要將此輸出滑動一位，得到正確的字順序。

圖12：仿真波形。

在圖13中，首先將數據進行一拍延時，得到rx_out_tmp_dly[6:0]，然后將rx_out_tmp_dly[0]放置在輸出數據的最高位，rx_out_tmp[6:1]順序放置在其他位上，得到數據向右滑動一位的效果。如果需要滑動多位，調整上述的放置位置就可以了。對上述調整邏輯，我們可以進一步通過仿真來驗證。在此我們輸入了一個計數器數據進行確認。圖14給出了仿真的部分輸出結果，圖中，左邊兩根豎條標出了LVDS輸入的“000001”數據，右邊的兩個豎條標出了rx_out的正確輸出。這證明了我們的調整是正確的。

圖13：字順序的調整邏輯。

圖14：內容為計數器的仿真輸出波形。

本文小結

在利用Stratix III做LVDS接收時，我們可以將解串行化因子設置成等于輸入的LVDS數據和時鐘之間的倍數關系，這樣就可以得到確定的字輸出順序，從而可以不依賴訓練碼實現正確LVDS接收的字對齊。此方法不僅適合于FPGA與單獨的LVDS發送器進行對接，也可用于FPGA與FPGA之間的數據傳送，使用時FPGA的LVDS發送端送出低頻的源同步時鐘即可。