Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）连载26：Spartan

Virtex-6支持多种高速串行接口，其中高速串行模块GTX收发器可以实现150Mbit/s～6.5Gbit/s的线速率。GTX收发器是芯片与芯片之间、板与板之间进行串行通信的首选解决方案。GTX收发器具有以下特性。

灵活的SERDES支持多速率应用。

功能强大的发射预加重和接收均衡功能，具有最佳的信号完整性。

集成式"变速箱"可以实现灵活编码：8B/10B、64B/66B、64B/67B。

高度灵活的时钟控制，接收与发送独立。

可以与片上PCI Express和三态以太网MAC模块连接。

相比以前的产品，收发器功耗降低了25%，在6.5Gbit/s下，功率低于150mW（典型值）。

符合常用标准，如10/40/100G以太网、PCI Express、OC-48、XAUI、SRIO和HD-SDI。
Virtex-6器件中包含12～36个GTX收发器模块，GTX发射与接收模块框图如图5-37所示。GTX收发器包含物理编码子层（PCS）和物理媒体接入子层（PMA）。PMA包含串行/解串器（SERDES）、TX和RX输入/输出缓冲、时钟产生器和时钟恢复电路。PCS包含8B/10B编码/解码器、弹性缓冲器。

（a）GTX发射模块框图

（b）GTX接收模块框图
图5-37 MGT内部结构图

发送的并行数据经过8B/10B编码后，写入发送端FIFO，然后转换成串行差分数据发送出去。接收端接收到的串行差分信号首先经过接收端缓冲，然后经过串并转化器转换成并行数据，再经过8B/10B解码，写入弹性缓冲，最后并行输出。

PCS具有8B/10B编码器/解码器。MGT可以工作在32位或40位操作模式，可以在配置或者运行过程中更改PMA速率和PCS协议，可以根据时钟来配置内部数据宽度和外部数据宽度。

PMA提供与外部媒体的模拟接口，其中包括：20倍时钟倍频器、发送端时钟生成器、发送缓冲器、串行器、接收端的时钟恢复电路、接收缓冲器、解串器、可变速率的全双工收发器、可编程的五级差分输出幅度（摆率）控制和可编程的四级输出预加重模块等。

MGT中的几个重要模块说明如下。

(1) 8B/10B编解码器。

8B/10B编码机制是由IBM公司开发的，已经被广泛采用。它是一种数值查找类型的编码机制，可将8位的字符转化为10位字符。转化后的字符可以保证有足够的跳变用于时钟恢复。8B/10B编码具有"0"和"1"出现的概率相等，直流基线漂移小，低频分量小，功率谱带宽较窄，抖动小，以及能够检测输入数据中的错误等许多优点。

8B/10B编码可以分为256个数据字符和12个控制字符。数据字符标识为D，用于传输数据；控制字符标识为K，用于传输控制序列。12个控制字符用于对齐、控制，以及将带宽划分为子通道。

(2) comma字符检测和对齐。

Virtex-6 RrockeTIO有可编程的逗号检测，以便于实现10位字符的各种通信协议和检测，通过对MCOMMA_10B_VALUE、DEC_MCOMMA_DETECT、PCOMMA_10B_VALUE、DEC_PCOMMA_DETECT和COMMA_10B_MASK这些参数的设置，可以实现任意的8位或10位符号检测。

接收器在输入数据流中扫描搜寻comma字符。如果找到，解串器就调整序列边界以匹配检测到的comma字符序列，且扫描是连续进行的。一旦对齐确定，所有后续comma字符的对齐均已确定。在任意的序列组合里，comma字符序列必须是唯一的。常用的K字符是12个K字符中的一个或多个。由于K28.1、K28.5、K28.7这些字符的头7位都是1100000，这种比特序列模式只可以在这些控制字符中出现，因此，这些控制字符是非常理想的对齐序列。

(3) 时钟修正。

在时钟/数据恢复电路的作用下，从接收的串行数据流中解出时钟的频率和相位，一般将它的20分频时钟作为恢复时钟。在恢复时钟作用下从串行数据经过解串器产生并行数据作为8B/10B译码的输入，译码后的数据进入16&TImes;52位的接收缓冲器。输入缓冲器的输入数据速率是由PCS RXCLK的频率决定的，而从缓冲器读取端输出的数据速率是由RXUSRCLK的频率决定的。由于两个时钟会有差异，所以需要进行时钟修正。

时钟修正的基本原理是：在发送端，当数据发送了一定的字节或数个数据包后，通过插入和发送一些特定的字节修正字符；在接收端，当接收到这些字符后会自动地丢弃或者重复来补偿时钟的差异。时钟修正的核心工作是在比特流中搜寻特定的字符序列。