Xilinx 7系列FPGA收发器架构之共享功能（四）

时间：2024-03-27 13:01:39

引言：GTX/GTH收发器在FPGA上电和配置后必须进行初始化，GTX/GTH收发器的发送器（TX）和接收器（RX）可以独立和并行初始化。本文内容相对枯燥，操作细节较多，但对于深入理解收发器具有重要意义。通过本文可以了解一下内容：

  • FPGA GTX/GTH收发器初始化和复位流程
  • FPGA GTX/GTH收发器TX全局初始化和复位及TX组件复位操作
  • FPGA GTX/GTH收发器RX全局初始化和复位及RX组件复位操作（简述）

1.FPGA GTX/GTH收发器初始化概述

FPGA GTX/GTH收发器初始化包含两个部分：

  • 初始化驱动TX/RX的PLL
  • 初始化TX/RX数据路径（PMA+PCS）

TX/RX数据路径初始化使用的QPLL/CPLL时钟必须首先初始化，即只有在QPLL/CPLL锁定定后，才能进行TX/RX初始化。GTX/GTH收发器初始化流程图如图1所示。

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图1、GTX/GTH收发器初始化流程图

GTX/GTH收发器使用状态机控制TX和RX初始化，允许PMA先初始化，PCS后初始化。同样，也允许正常操作时PMA、PCS和其内部的功能模块独立复位。收发器提供两种类型复位：

  • 初始化复位：该服用用来执行GTX/GTH完成初始化，用在器件上电和配置时。正常操作时，GTTXRESET和GTRESET也用来复位GTX/GTH的TX和RX。
  • 组件复位：该复位用来复位特殊事件或者收发器某些子部分，如PCS、PMA复位等。

1.2 复位模式

GTX/GTH收发器有两种复位模式：顺序模式和单一模式。GTX/GTH收发器初始化复位必须使用顺序模式，所有的组件复位可以为顺序模式或者单一模式，但TX复位只能用单一模式，因此推荐使用顺序模式复位。

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图2、复位模式

1.3 CPLL复位

在FPGA逻辑检测到参考时钟触发沿时CPLL一直处于关电状态。每个收发器有三个端口（Port）用来CPLL复位，如图3所示。CPLLRESET插入一个参考时钟高电平进行复位CPLL，CPLL复位完成后，CPLLLOCK用于指示复位完成。在图4中，我们可以看到，在gtx_gt.v文件中例化了CPL复位端口号。

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图3、CPLL复位时序图

 

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图4、CPLL复位端口

1.4 QPLL复位

QPLL复位和CPLL复位类似，QPLL在使用前必须进行复位。收发器的Quad也有三个专用的端口（Port）用于QPLL复位，含义类似CPLL，如图5所示。

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图5、QPLL复位时序图

 

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图7、QPLL复位端口

1.5 GTX/GTH收发器TX部分初始化和复位

1.5.1 GTX/GTH收发器TX初始化和复位状态机

GTX/GTH收发器TX复位由如图8所示的状态机控制。通过执行一个GTTXRESET高开始复位TX，自动执行一个完整异步TX复位，包括PMA和PCS复位。只有当TXUSERRDY为高电平时，PCS才进行复位，而TXUSERRDY为高必须满足一下条件：

  • 所有使用的时钟必须稳定或锁定
  • 用户接口准备好发送数据到GTX/GTH发送器

 

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图8、GTX/GTH收发器TX复位状态机顺序

 

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图9、GTX/GTH收发器TX复位信号端口

1.5.2 配置完成后的GTX/GTH收发器TX复位响应

图8所示的复位信号不会自动开始，它必须满足以下条件：

  • GTRESETSEL必须为低电平（选择顺序复位模式）
  • GTTXRESET必须使用
  • 在TXRESETDONE拉高之前，TXPMARESET和TXPCSRESET信号必须一直为低
  • 在使用的PLL锁定前，GTTXRESET必须一直为高

图10显示了GTX/GTH收发器TX在FPGA配置后的初始化时序图，复位先后顺序按照图中序号进行。

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图10、GTX/GTH收发器TX在FPGA配置后的初始化时序图

1.5.3 GTTRESET脉冲复位后GTX/GTH收发器复位响应

GTTRESET脉冲复位后的GTX/GTH收发器响应类似1.6小节中所描述，只不过不会引起CPLL或者QPLL复位。复位过程如图11所示。

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图11、GTTRESET脉冲复位后GTX/GTH收发器复位响应

1.5.4 GTX/GTH收发器TX组件复位

TX组件复位主要为PMA和PCS组件复位，两者复位较为简单，与前面分析方法也很类似，不再进行详细分析。图12和图13分别给出PMA和PCS复位时序图。

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图12、TX组件PMA复位时序图

 

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图13、TX组件PCS复位时序图

图12给出了GTTXRESET复位、PMA复位和PCS复位作用的组件范围。

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图12、TX三种复位作用范围

1.6 GTX/GTH收发器RX部分初始化和复位

GTX/GTH收发器RX部分初始化和TX部分初始化分析方法类似，相对于TX，RX复位涉及的组件较多，复位稍微复杂，但初始化和复位过程差别不大，不再进行更详细分析。图13显示了GTX/GTH收发器RX复位状态机顺序图。

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图13、GTX/GTH收发器RX复位状态机顺序图

延伸阅读：Xilinx 7系列FPGA收发器架构之共享功能（三）

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