基于FPGA的高速串行傳輸系統的設計

圖4 操作時序

當S_LOAD置為低且nP_LOAD置為高之后，數據在S_CLOCK的上升沿處寄存在緩沖器中，在S_LOAD的下降沿處將數據鎖存到寄存器M，N中。

由于AURORA光纖通信的輸出時鐘頻率設定的是125 MHz，結合硬件電路的設計，硬件晶振的頻率為20 MHz，因此選擇M值為000011001(25)，N的值為10(4)，故時鐘芯片的時鐘輸出頻率為：

時鐘控制模塊的實測時鐘信號如圖5所示。

圖5 實測時鐘信號

圖5是用Chipscope在線邏輯分析儀得到的波形，由于Chipscope在線邏輯分析儀的觸發時鐘是100 MHz，因此在抓取125 MHz的時鐘信號時，在圖上顯示的時鐘信號占空比不定，若將時鐘芯片產生的時鐘頻率降低，則此現象消失。

2．2 AURORA發送模塊

在生成AURORA IP CORE時，同時生成了一個基于AURORA協議的例示程序。因此，要實現基于AURORA協議的光纖通信，在發送端只需要在frame_gen_i模塊將要發送的數據打包，然后通過AURORA模塊發送出去。因此該模塊著重介紹如何將上一級傳送過來的數據進行打包壓縮，形成適合AURORA協議的數據幀，通過AURORA協議發送到接收端。圖6為frame_gen_i模塊的RTL級模型圖。

圖6 frame_gen_i模塊的RTL級模型圖

考慮到上一級傳輸數據速率可能會與AURORA傳輸的時鐘頻率不同，因此在發送端建立一個FIFO來做緩沖器。并且AURORA協議的發送時序圖如圖7所示。可以看出，TX_SOF_N為數據包幀的開始標志，TX_EOF_N為數據包幀的結束．標志，TX_REM[0：r(n)]記錄最后的傳輸數據的線程，TX_SRC_RDY_N為低代表數據有效，TX_DST_RDY_N為低代表準備好接受數據，TX_D[0：(8n-1)]是此模塊的輸出數據。以上信息是AURORA協議的發送時序，在使用FIFO做緩沖時也應該遵循這樣的協議。

圖7 AURORA協議發送時序圖

發送端的FIFO模塊分別包括FIFO的復位信號、FIFO空、FIFO滿、以及讀／寫時鐘、使能和數據信號線。因此應該根據FIFO的標志位empty和full來產生AURORA的發送時序，參考模型如圖8所示：當RESET信號到來之時，首先將S0置為高電平，將S1置為低電平，同時根據FULL和EM-PTY的狀態確定接下來的S0和S1的狀態，進而根據以上邏輯關系得到TX_SOF_N，TX_EOF_N，TX_SRC_RDY_N等邏輯信號，并且根據數據X_DST_RDY_N和TX_SRC_RDY_N生成FIFO的讀使能。由以上邏輯可以看出，只有在FULL為1，EMPTY為0時，FIFO的讀使能才能被打開。TX_SOF_N為數據包的幀頭標志，TX_EOF_N為數據包的幀尾標志，TX_STC_RDY_N為低時代表數據有效，TX_DST_RDY_N為輸入信號，根據此輸入信號確定FIFO的讀寫時序。

圖8 參考模型

對FIFO時序操作需要根據上述電路圖所產生。在上述電路圖中，有一個D觸發器，其RESET信號是復位信號，復位既是將觸發器輸出端口清零，即將S0置1，將S1置0。在之前的程序中誤將這里寫反，即RESET信號到來之后，將S0置0，S1置1。這樣導致的結果是在最開始輸入的一段數據丟失，之后的結果輸出正常。經過仿真分析之后檢查出問題并已改正。

2．3 AURORA接收模塊

同樣在AURORA協議模塊中，要實現對數據的接收，只需在frame_check模塊中對接收的代碼加以修改，增加自己所需要的內容，完成對數據的解碼提取，剔除冗余信息，并完成數據的緩存。