原创 【FPGA】Xiinx 7系列FPGA收发器架构之共享功能（二）

我从之前就关注一个工程师分享有关于FPGA的资料，陆陆续续也记录收藏了不少，这次分享给大家共同学习和进步吧

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引言： 接着上篇引言，我们在进行高速接口设计时经常会用到如PCIe、SATA、SRIO以及JESD204B等协议，Xilinx相关IP核的物理层进行高速串行数据交互时都采用了串行收发器架构，理解收发器结构能够帮助我们更好的理解上述协议。该文章是7系列FPGA收发器架构第二篇介绍，本博文（内容文字较多，请结合配图仔细深入理解该部分）主要对GTX/GTH收发器的共享资源进行介绍。通过该文档，了解以下内容：

收发器

有哪些共享资源

如何使用这些共享资源

1.收发器共享资源概述

收发器共享资源除了图1 Quad内所红色标记的三种外，还包括复位和初始化、电源关电、回环测试、动态配置端口和数字监控器五部分结构。图1中显示了时钟相关结构的输入输出信号流向。

图1、Quad内部结构

2.收发器共享资源使用

2.1输入参考时钟结构

输入参考时钟结构如图2所示。Xilinx FPGA基本都是采用端口（Port）和属性（Attribute）实现参数化组件控制。输入参考时钟必须通过IBUFDS_GTE2原句才能使用，这一点在图1所示的结构中可以看到。图3给出了使用GTX收发器时例化IBUFDS_GTE2的例子。例子中并没有显示原句的属性参数，这是因为该原句的属性均为预留，无需用户设置。

图2、输入参考时钟结构

图3、输入参考时钟使用举例

2.2参考时钟选择及分配结构

图4显示了GTXE2_COMMON参考时钟选择器结构，图中我们可看到每路时钟的来源：来自IBUFDS_GTXE2、Q（n-1）以及Q（n+1）。

图4、GTXE2_COMMON参考时钟选择器结构（点击看大图）

那么这些时钟，在项目开发时又是如何选择的呢？在图5和图6中我们看到如何进行这些时钟的选择。图5中选择来自IBUFDS_GTXE2的参考时钟作为GTX收发器参考时钟。

图5、7系列FPGA向导截图

图6、PLL参考时钟选择举例（点击看大图）

同样，对于该组件Xilinx FPGA也是采用端口和属性来进行参数化控制。我们在项目开发时通常采用Xilinx提供的收发器向导通过GUI图形界面方式来实现控制，而不是通过繁琐的的输入参数来实现。当我们通过GUI实现参数配置后，软件在生成源码文件时自动回帮我们生成好。如图7所示。我们在二次修改GTX IP核参数时，要么重新替换首次IP核文件，或者通过首次生成的源码文件进行修改，强烈推荐前者。

图7、GTX收发器例化举例（点击看大图）

图8、GTXE2_COMMON原句配置参数源码文件（点击看大图）

图8中，我们可以看到GTXE2_COMMON原句是如何通过端口和属性进行配置，我们完全可以通过对照UG文档，修改该文件来实现GTX IP的重新配置，但不建议这么做！

图9、CPLL参考时钟选择器结构

对于如图9所示的CPLL的输入选择网络和QPLL基本类似，不在进行详述。

2.3外部参考时钟使用模式

外部参考时钟有四种设计方法供我们项目设计选择。

第一种：单个时钟驱动一个Quad内的四个收发器，如图10所示。

图10、单个时钟驱动一个Quad内的四个收发器

第二种：单个收发器驱动多个Quad内多个收发器，如图11所示。

图11、单个收发器驱动多个Quad内多个收发器

第三种：多个参考时钟驱动一个Quad内的多个收发器，如图12所示。

图12、多个参考时钟驱动一个Quad内的多个收发器

第四种：多个参考时钟驱动多个Quad内的多个收发器，如图13所示。

图13、多个参考时钟驱动多个Quad内的多个收发器

注意：第二种和第四种方案在使用时必须遵循Xilinx推荐的规则：

1）外部参考时钟输入Quad（源Quad）的上方Quad的数量不能超过1个（参照图5）；

2）外部参考时钟输入Quad（源Quad）的下方Quad数量不能超过1个（参照图5）；

3）一个外部参考差分时钟对（MGTREFCLKN/MGTREFCLKP）驱动Quad的数量不能超过3个（或12个收发器）。如果需要驱动多余12个收发器，需要使用多个外部参考时钟差分对，为确保时钟对之间偏移最小，必须使用同一个晶振来驱动时钟缓冲器（buffer），然后时钟缓冲器的多个输出时钟再驱动多个收发器（超过12个）。如图14外部参考时钟举例PCIe×16时钟方案。

图14外部参考时钟PCIe×16时钟方案