你應該知道點(diǎn)高速GTX技術(shù)

　　eSATA接口只有幾根線(xiàn)為什么那么快?連上網(wǎng)線(xiàn)顯示的1Gbps是不是很令人興奮!沒(méi)錯他們都用了高速GTX技術(shù)，GTX全稱(chēng)為Gigabit Transceiver即吉bit收發(fā)器，是為了滿(mǎn)足現代數字處理技術(shù)和計算技術(shù)龐大數據的高速、實(shí)時(shí)的傳輸，目前主要應用在片間通信(兩片FPGA之間，FPGA與DSP之間等)、板間通信(電腦主板與交換機，硬盤(pán)與主板等)等。傳統的并并行傳輸技術(shù)存在抗干擾能力低，同步能力差，傳輸速率低和信號質(zhì)量差等問(wèn)題。GTX目前的線(xiàn)速度范圍為1Gbps~12Gbps，有效負載范圍為0.8Gbps~10Gbps，目前GTX已經(jīng)應用于光纖通道(FC)，PCI Express，RapidIO，串行ATA，千兆以太網(wǎng)，萬(wàn)兆以太網(wǎng)等，GTX技術(shù)已經(jīng)充斥我們周?chē)芫昧?，作為一個(gè)技術(shù)人員，你是不是該知道點(diǎn)關(guān)于高速GTX呢?。

　　GTX線(xiàn)路實(shí)現

　　GTX收發(fā)器采用的是差分信號對數據進(jìn)行傳輸，其中LVDS(Low Voltage Different Signal)和CML(Current Mode Logic)是常用的兩種差分信號標準。在普通單片機(如51單片機中)不包含差分接口，均是以地作為參考，差分信號時(shí)有兩根幾乎完全相同的線(xiàn)路來(lái)組成一對等值、反相信號，接收端通過(guò)比較兩端電壓差值來(lái)確定傳輸的是“0”還是“1”，如果正參考電壓比負參考電壓低，則信號為高;如果負參考比正參考電壓高，則信號為低。因為線(xiàn)路上受到的噪聲干擾幾乎完全相同，在計算差值時(shí)相減從而達到抵消的效果，這就使得差分信號抗干擾能力特別強，高速傳輸時(shí)不易出錯。如圖1所示為差分信號傳輸模式。

　　圖 1 差分傳輸

　　除了利用差分信號外，GTX采用自同步技術(shù)來(lái)解決時(shí)鐘同步問(wèn)題。目前常用同步方式有系統同步，源同步和自同步。三種同步方式的結構如圖2所示。系統同步利用片外的晶振進(jìn)行同步，由于板間線(xiàn)路的長(cháng)度不一致，以及片內延遲不一致，在時(shí)鐘速度較高時(shí)可能存在較大誤差。源同步是在發(fā)送數據時(shí)同時(shí)發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘副本，這種設計需要更多的時(shí)鐘端口。自同步將時(shí)鐘包含在數據流中，從數據流中進(jìn)行時(shí)鐘恢復，不僅端口使用較少，而且不論是在高速還是低速，時(shí)鐘延遲與數據延遲都保持一致，可以保證采樣的正確性。

　　圖 2 同步結構

　　自同步接口主要包含三個(gè)模塊分別是并串轉換、串并轉換和時(shí)鐘恢復。時(shí)鐘恢復是利用鎖相環(huán)(PLL)合成出一個(gè)與輸入串行信號的時(shí)鐘頻率一致的時(shí)鐘，供采集數據用。

　　GTX線(xiàn)路驅動(dòng)器最重要的特性可能就是預加重的能力。預加重是在電平翻轉開(kāi)始前的有意過(guò)量驅動(dòng)。如果串行流包含多個(gè)比特位時(shí)間的相同數值數據，而其后跟著(zhù)段比特位(1或2)時(shí)間的相反數據數值時(shí)，會(huì )發(fā)送符號間干擾。介質(zhì)(傳輸通道電容)在短時(shí)間過(guò)程中沒(méi)有足夠的充電時(shí)間，因此產(chǎn)生了較低的幅度。在符號間干擾的情況下，長(cháng)時(shí)間的恒定值將通道中的等效電容完全的充電，在緊接著(zhù)的相反數據值位時(shí)間內無(wú)法反相補償。這樣就會(huì )導致相反數據的電壓值有可能不會(huì )被檢測到，如圖3所示。解決這種現象的方法是：轉變開(kāi)始時(shí)加入過(guò)量驅動(dòng)，而在任意的連續相同數值時(shí)間內減少驅動(dòng)量，減少驅動(dòng)量的過(guò)程也稱(chēng)作去加重。經(jīng)過(guò)預加重后，眼圖的睜開(kāi)度將會(huì )得到極大改善。

　　圖 3 符號間干擾

　　GTX接口結構

　　圖4為常用的串行GTX收發(fā)器發(fā)送和接收基本結構框圖，發(fā)送通道由線(xiàn)路編碼器、發(fā)送緩沖器、并串轉換器等模塊組成，接收通道由串并轉換器、時(shí)鐘修正和通道綁定、線(xiàn)路譯碼、接收緩沖等模塊構成。

并串轉換器：顧名思義就是講速率為y的n位寬并行數據轉變成速率為n*y的串行數據。

發(fā)送緩沖器：在輸入數據發(fā)送之前，暫時(shí)保存數據。

　線(xiàn)路編碼器：將數據編碼程適應不同線(xiàn)路的格式。編碼器通常會(huì )消除長(cháng)的無(wú)轉變的序列，同時(shí)還可以平衡數據中0、1的出現次數。常用的線(xiàn)路編碼機制為8B/10B編碼。

串并轉換器：與并串轉換器的功能相反，將速率為n*y的串行數據轉變成速率為y的n位寬并行數據。

　　時(shí)鐘修正和通道綁定：修正發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘之間的偏差，同時(shí)也可以實(shí)現多通道間時(shí)鐘歪斜的修正。

線(xiàn)路譯碼：將線(xiàn)路上的編碼數據分解成原始數據。

接收緩沖：在接收數據被提取之前，暫時(shí)保存數據。

　　圖 4 GTX收發(fā)結構

　　這里只是簡(jiǎn)單的介紹了GTX一些知識，不過(guò)從以上內容就可以大概知道GTX的底層是如何實(shí)現的，和上層的實(shí)現結構，其中的每一個(gè)部分都包含了很多的內容，如果想深入了解，可以看一看High-Speed Serial IO Made Simple，里面詳細介紹了各個(gè)模塊的實(shí)現，已經(jīng)如何在PCB板上布線(xiàn)。希望本篇文章對你了解GTX有所幫助。

linux操作系統文章專(zhuān)題：linux操作系統詳解（linux不再難懂）