基于FPGA的高速串行傳輸系統的設計

接收模塊frame_check的RTL級模型圖如圖9所示：其中，RX_D為接收端接收的緩存于FIFO的數據，REsET為復位信號，RX_EOF_N為數據包幀尾的標志，RX_SOF_N為數據包幀頭的標志，TX_SRC_RDY_N為低時(shí)代表數據有效，USER_CLK為系統時(shí)鐘。fifo_out為數據緩存的輸出，ERROR _COUNT為系統檢錯輸出結果。因此在接收端接收模塊的時(shí)序圖如圖10所示。根據該時(shí)序圖可以確定接收時(shí)序，同樣，在A(yíng)URORA協(xié)議末端，由于與下一級系統的速率可能不匹配，因此需要在接收末端加上一個(gè)FIFO做緩存，同樣其電路圖如圖11所示：根據RX_SRC_RDY_N生成FIFO的寫(xiě)使能信號，該發(fā)送模塊設計完畢。

圖9 接收模塊 frame_check的RTL級模型圖

圖10 接收端接收模塊時(shí)序圖

圖11 匹配電路圖

3 測試分析

3．1 功能測試

在基本功能測試中，主要測試光纖模塊傳輸是否正確。由于光纖模塊共有A，B，C，D四個(gè)通道，對每個(gè)通道都要進(jìn)行讀／寫(xiě)測試。將通道A作為數據發(fā)送端，通道B作為數據接收端，應用光纖將A，B兩端進(jìn)行聯(lián)通，然后將應用程序數據寫(xiě)入A通道FIFO中，當FPGA接收到到數據后，將A通道數據通過(guò)光纖傳輸到通道B接收緩存中，然后通道B將數據發(fā)送到上位機，從而形成一個(gè)環(huán)路。比較發(fā)送和接受端的數據，可以驗證數據傳輸的正確性。同理可以將此方法應用于四個(gè)通道中的任意兩個(gè)作為發(fā)送端和接收端，從而驗證并測試傳輸功能。

3．2 性能測試

性能主要對其傳輸速度和傳輸誤碼率進(jìn)行測試。就傳輸速度而言，主要由FPGA控制，在其內部設置了兩個(gè)初始值為0的計數器，在PCI-Express開(kāi)始傳輸數據時(shí)，FPGA開(kāi)始計數讀／寫(xiě)數據包和發(fā)送數據包的個(gè)數，然后每隔一段時(shí)間將計數值寫(xiě)入兩個(gè)計數寄存器中，并將原有值替換，為了精確速率，可以縮短計數時(shí)間，并多次測試取平均值，就可得到傳輸瞬時(shí)速度。經(jīng)測試：PCI-Express接口的傳輸速度在600MB／ s，光纖傳輸在850 MB／s，滿(mǎn)足設計要求。對于誤碼率的測試，主要使用誤碼分析軟件對其誤碼性能進(jìn)行測量，設計由上位機和PCI-Express接口，光纖通道組成數據傳輸環(huán)路，通過(guò)不同的指令和要求驗證傳輸正確性，當數據包大小在4 Kb，8 Kb，16 Kb，32 Kb，測試數據長(cháng)度分別為1 000 Kb，1 000 000 Kb，100000 000 Kb時(shí)，錯誤率都為0 b，誤碼率滿(mǎn)足設計要求。

4 結語(yǔ)

該設計系統以Virtex-5為核心構建的平臺，對AURORA協(xié)議下串行傳輸系統進(jìn)行了設計與實(shí)現。通過(guò)對核心問(wèn)題的解決，將計算機與外部擴展很好的結合，達到信號傳輸的高速、穩定的目的。實(shí)驗證明，板卡設計的整體思路和核心方法的解決是完備的，并使得板卡的傳輸速率和穩定性的到了較大的提高。