SPI4.2总线应用和调试经验谈

SPI4.2总线协议定义了一个叫“日历”的数据结构CALENDAR[i]（i=1，…，CALENDAR_LEN）。CALENDAR_LEN（日历长度）参数规定了逻辑端口（或称为虚拟通道）的数目，该数值不能小于实际的逻辑端口数目。例如，如果SPI4.2总线用于10 Gb/s以太网口，那么日历长度是1（即CALENDAR_LEN = 1）；如果SPI4.2总线用于10个1 Gb/s以太网口，那么日历长度是10（CALENDAR_LEN = 10），CALENDAR[i] = 1，2，…，10，代表了10个以太网端口。CALENDAR[i]中承载的数据被周而复始地依次传输，重复次数是CALENDAR_M次。图3为日历长度和重复次数都是4的数据传输示意图。SPI4.2总线被初始化时，必须确保接口两端的CALENDAR_LEN和CALENDAR_M分别相等。从这个角度看，SPI4.2是一种时分复用的总线：总带宽是固定的，“日历”数据结构决定了带宽和逻辑端口的分配。

　　当SPI4.2正常工作时，数据和状态链路会不定期地发送训练序列。在数据链路，训练序列至少应该在DATA_MAX_T个时钟周期内发送一次。在状态链路，训练序列至少应该在FIFO_MAX_T个时钟周期内发送一次。设置DATA_MAX_T或FIFO_MAX_T为0将取消各自链路的训练序列，一般情况下不推荐这种设置。

　　图4以XLR732为参照描述了SPI4.2总线的收发同步过程。启动之后，在发送方向，发送模块（TX）通过数据链路发送连续的训练序列，对端的接收模块成功收到训练序列后，会设置本端的接收同步标志；然后通过状态链路发送训练序列给对端，一旦发送模块成功接收到训练序列后，就设置本端的发送同步标志。

　　在接收方，接收模块（RX）在数据链路成功接收到对端发送的训练序列后，会设置本端的接收同步标志；然后通过状态链路发送训练序列，一旦发送模块成功接收到训练序列后，就设置本端的发送同步标志。在同步过程中，训练序列由指定的连续的DIP4码字组成。发送模块必须连续发送训练序列，直到本端的状态链路收到有效信息。同时，接收模块忽视所有接收到的数据，直到观察到训练序列，获得数据同步。一旦数据链路同步之后， FIFO队列状态信息就开始传送。

　　如果发送方接收到有效的状态信息，它就可以开始进行数据突发传输。如果在工作过程中，由于某些原因（例如一端器件掉电或重启）导致总线失步，那么为了再次获得同步，双方需要按照上述过程发送连续的训练序列，直到建立同步为止。

表1 SPI4.2初始化基本参数

图3 日历长度和重复次数都为4的数据传输示意图

图4 收发同步过程示意图

　　3 SPI4.2总线接口的调试

　　SPI4.2总线接口的调试包括两个重要步骤：链路的同步和数据的正常收发。

　　在调试链路同步时，首先必须查看总线两端的初始化参数配置。因为SPI4.2 总线协议是一个对等端数据传输协议，所以大部分参数需要双方的匹配和协商，特别是接收方和发送方的CALENDAR_LEN和CALENDAR_M参数。

　　如何查看同步呢？芯片通常会提供一个状态寄存器来反映总线的同步。“接收同步标志”只能说明在数据链路上成功接收到对端的训练序列，但不能保证接收的状态链路是正常的，如果需要确认可查看对端的“发送同步标志”。在收发双向通道应用中，只有两端的“接收同步标志”和“发送同步标志”都置位了，总线才算同步。此时，可以确认总线两端的物理连接是正确的，握手成功。

　　如果不能同步，就必须检查两端的“接收同步标志”和“发送同步标志”，判断是哪一端出了问题。检查是否有DIP4和DIP2错误，如果有此类错误，说明链路上信号质量可能不佳，可以用示波器测量信号波形。如果信号质量确实不好，可以通过提高信号驱动能力或者调整硬件匹配阻抗来优化。

　　如果两端的接收和发送都没有同步，就必须测量芯片的电压、工作频率、重启等信号。如果两端的“接收同步标志”和“发送同步标志”都已经置位，说明双方的接收和发送都同步，可以正常收发数据了。在大流量数据传输过程中，最相关的是FIFO队列的参数配置，配置不当会导致错包或丢包。以NetLogic公司的XLR732网络处理器为例[2]，SPI4.2总线的发送模块的所有逻辑端口共享一个FIFO队列，宽度为16字节，长度为128；接收模块的所有逻辑端口共享一个FIFO队列，宽度为16字节，长度为512。每个逻辑端口所占用的队列地址和大小都可以通过寄存器配置。

假如某个端口接收端队列的长度是48，MaxBurst1是12，MaxBurst2是8。那么当该模块接收数据时，如果由于某些原因（例如软件来不及处理），接收队列只剩下12个空位，也就是接收队列已经有48－12=36个空位被占用时，它将通过状态链路向对端发送“饿”的状态信号（反压信号）。对端收到该信号后实施流控策略，根据本端