實(shí)現USB3.0物理層中彈性緩沖的設計方案

　　對于添加SKP對，讀指針如何才能知道要添加多少呢？因此讀指針需要寫(xiě)指針去引導。在設計中，采用了斷點(diǎn)保存和握手來(lái)解決。在SKP窗口出現和添加閥值標志有效時(shí)候，寫(xiě)指針在此時(shí)計算FIFO中的有效數據個(gè)數，根據FIFO中有效數據的個(gè)數與8的差距來(lái)決定wrptr_nxt所指向的下一個(gè)指針點(diǎn)，這就是寫(xiě)指針跳躍。并且在寫(xiě)時(shí)鐘域把當前的寫(xiě)指針和下一個(gè)所指向的指針點(diǎn)保存起來(lái)。在彈性緩沖設計中，讀指針永遠落后于寫(xiě)指針。

圖 10 寫(xiě)指針保存斷點(diǎn)

　　3.2.2 握手

　　寫(xiě)指針在出現SKP窗口和SKP添加閥值觸發(fā)的時(shí)候，發(fā)生了跳躍，并保存了斷點(diǎn)，但這只是在寫(xiě)時(shí)鐘域。由于讀指針晚于寫(xiě)指針，因此采用握手來(lái)通知讀時(shí)鐘域何時(shí)添加SKP。如下圖，當SKP窗口出現，并且添加閥值觸發(fā)時(shí)，彈性緩沖保存了斷點(diǎn)，并向讀時(shí)鐘域發(fā)起了請求（req），請求一直持續到讀指針讀到了斷點(diǎn)的起始地址（start_rptr），此時(shí)，讀指針讀到了斷點(diǎn)的起始地址，并向寫(xiě)時(shí)鐘發(fā)送收到（ack）。當寫(xiě)時(shí)鐘域收到讀時(shí)鐘域的ack信號，撤銷(xiāo)req。讀時(shí)鐘域一旦讀到了截止地址（end_ptr）自動(dòng)撤銷(xiāo)ack信號。在整個(gè)讀時(shí)鐘域的ack過(guò)程中，SKP對被添加。

圖11 握手

　　3.2.3 輸出控制

　　彈性緩沖FIFO讀寫(xiě)控制的過(guò)程中，寫(xiě)先于讀，首先根絕延遲要寫(xiě)到規定的要求，此時(shí)寫(xiě)有效讀無(wú)效（定義為W1R0）。當達到規定的閥值之后，讀寫(xiě)同時(shí)有效（W1R1）。等到寫(xiě)結束， 即一個(gè)包接收完畢，但是讀不一定結束（W0R1），直至讀到空，即所有數據已經(jīng)同步到本地了（W0R0）表示此次任務(wù)結束。這種流程控制為了保持這個(gè)數據的完整性。

圖 12 讀寫(xiě)流程控制

　　USB協(xié)議中明確規定SKP對為2個(gè)連續的SKP symbol。根據8b10b原則，2個(gè)連續的SKP對的游程是相反的，并且SKP對的添加要符合8b10b3的規則。

　　中要求，在彈性緩沖下溢的時(shí)候，要添加一個(gè)EDB字符，并且顯性的用下溢標志。如下圖，在rx-g與rx-h之間，由于讀快于寫(xiě)，導致了下溢。因此需要添加一個(gè)EDB字符，并使能一個(gè)時(shí)鐘的下溢，并且置狀態(tài)。

圖 13 彈性緩沖下溢

　　PIPE3.0中要求，在彈性緩沖上溢的時(shí)候，丟掉一個(gè)數據，并且置狀態(tài)。如下圖rx-f、rx-g與rx-h，由于溢出，rx-g被丟棄，并且置狀態(tài)。

圖 14 彈性緩沖上溢

　　5.總結

　　本文通過(guò)分析彈性緩沖的作用與機制，采用異步時(shí)鐘FIFO來(lái)設計彈性緩沖。并且根據USB3.0協(xié)議要求，提出了斷點(diǎn)保存、指針跳躍與握手、指針屏蔽等方法來(lái)設計彈性緩沖。本設計充分考慮了PIPE 3.0標準的要求與實(shí)際需要，并且應用于工程中，實(shí)現了彈性緩沖補償時(shí)鐘的目的。