FPGA高速设计之Aurora64B/66B的应用与不足的修正

FPGA高速设计之Aurora64B/66B的应用与不足的修正

Aurora IP协议的特点

        首先基于网上找到的一些资料,来讲述下Aurora高速协议的特点与相关的应用。Aurora 协议在 2002 年由 Xilinx 公司首次提出,是由Xilinx提供的一个开源、免费的链路层串行传输通信协议,可扩展且轻量,可以实现点到点的串行数据传输。Aurora协议具有实现高性能数据传输系统的高效率和简单易用的特点。具体如下:

        可扩展,轻量级:部署快捷,可在一个或多个高速串行通道上点对点传输;

        链路层协议:独立于网络层,可直接传输工业标准协议封装的数据,例如TCP/IP、UDP等;

        短距通信:针对芯片间和板间通信应用,通过标准光接口可用于设备间通信;

        开源:免费使用和共享,可基于该协议标准开发独立应用。

        Aurora 协议针对 FPGA 间的高速数据传输,能够为物理层提供透明接口。与 RapidIO、PCIE 等协议只支持固定的传输速率不同,Aurora 协议的传输速率可以进行灵活配置,支持速度为 0.75~13.1 Gbps,并可随着 FPGA 及其内嵌高速串行收发器的发展而进一步提高,可通过通道绑定的方法实现更高的数据传输速度。

        Aurora 协议支持全双工和单工通道,使用的逻辑资源非常少,具有高带宽、无线帧尺寸和灵活组帧的特点。通过调用 Xilinx 公司的 Aurora IP  核,用户只需处理简单的用户接口即可,可以方便地实现器件间的单通道或多通道数据通信。

        Aurora 总线协议包括物理层和数据链路层两层,最初采用了 8B/10B 编码方式,后续为了提高总线带宽利用率,Xilinx 公司于 2008年又采用了 64B/66B 编码。为了区分两种编码方式,采用 8B/10B 编码方式的 Aurora协议称为 Aurora 8B/10B;采用 64B/66B 编码方式的 Aurora 协议称为 Aurora 64B/66B 。

        Aurora协议最大的优势即为开源和共享。Aurota协议为用户提供了一个透明的物理层接口,支持任何上层私有或符合工业标准的协议,如TCP/IP、以太网等,使得采用Aurora协议的高速串行总线接口能够在最短时间内与现有用户设计集成,而不大幅改动用户应用的设计。此外,Aurora协议也具有实现简单、占用物理资源少、通信效率高、速率可灵活配置等优点。

        Aurora协议仍然具有不完善之处,如不具备地址机制,不支持通道切换功能,未规定数据有效载荷内校正等。Aurora总线的应用领域目前仍然局限于FPGA相关的通信,应用范围仍然不够广泛。

Aurora IP协议与应用

Aurora协议分为8B/10B版本(SP002)和64B/66B版本(SP011),主要介绍了五个方面的内容:

物理层:针对信号电平、时钟编码、编码和符号代码等进行介绍。

链路层:描述了在传输过程中如何标记用户协议数据单元(user PDUs)的整个过程,以及在传输期间如何在数据中插入数据暂停,以及如何管理发射机和接收机之间的时钟速率差异。

初始化和错误处理:定义了为跨单通道和多通道通信而准备通道Partners*所需的步骤。它还描述了通道Partners在通道中出现比特错误时应该如何处理。

数据分割:描述了数据如何被映射到一条由多个串行数据线组成的数据通道上。

流量控制:Aurora协议定义了链路层的流量控制机制,并提供了转发更高层用户流量控制消息的加速机制。

        Aurora是一种简单,可扩展的开放式协议,支持下述或更多场景的应用:

        芯片间通信:使用Aurora协议的通信总线为高速串行总线,相对传统IC间的并行总线,可大大减少硬件设计中的布线复杂度和布线层数;

        板间通信:Aurora协议支持8B/10B编码或更高效率的64B/66B编码,使的Aurora可以与许多现有标准兼容。另外,aurora的数据传输率和通道个数是可自定义的,用户使用更加方便;

        单工模式:Aurora协议支持单工模式,在不需要全双工通信的场景可节省更多布线资源。

        ASIC设计:Aurora协议不仅仅应用于FPGA设计,还支持ASIC设计。Aurora的简单和开源特性使得它在FPGA和ASIC中都可以占用更小的资源和成本。

Aurora IP的配置

下图为vivado2018.3 KU+系列芯片中Aurora 64B/66B(不包括DRP重配置选项),IP的选项卡比较简洁明了,下面讲解下各个选项卡的作用。

  1. GT Type:KU+系列芯片拥有GTH,GTY两种GT口,其中GTY的速率较高32.75Gb/s,GTH仅有16.375Gb/s;
  2. Line Rate:高速收发器线速率,速率影响了高速收发器使用CPLL还是QPLL的输出作为参考时钟信号;
  3. Column Used:选择某一列GT口进行数据传输,与实际的FPGA的GT口位置相关,当前仅有left;
  4. Lanes:可以选择1~8lane进行高速传输,与器件相关;
  5. Start GT Quad/Lane:选择Quad与lane,当前器件2个Quad,8条lane;
  6. GT Refclk Selection:选择哪个Quad的时钟作为参考钟;
  7. GT Refclk MHz:高速收发器参考时钟频率;
  8. INIT clk:初始化时钟,对时钟来源没有要求,可以和DRP共用同一时钟;
  9. Generate Aurora without GT:不使用GT资源,只使用逻辑资源生成Aurora协议;
  10. Dataflow Mode:选择该IP工作模式,可选有仅发送、仅接收、收发单工,全双工,选择全双工模式可以进行环回实验;
  11. Interface:用户接口类型,Framing/Streaming前文分析过该IP支持两种用户接口,本文选择使用framing,即axi-stream数据格式 ;
  12. Flow Control:流量控制设置,支持两种流控模式,,简单情况下不使用流量控制传输;
  13. Little Endian Support:小端对齐。不勾选该选项时,图中数据信号的最高位是0,表示先传输高字节数据,采用大端对齐。勾选该选项后,数据位会颠倒,变成小端对齐,FPGA内部一般使用大端对齐,保持默认即可。

Aurora IP的第二个选项卡则为shared logic,可以将QPLL,时钟buffer等包含在IP中还是示例设计中,此处建议包含在example design,这样我们可以从示例工程学习到关键的时钟如何处理。

生成IP后,可在source-IP栏右键选择open example design。Xilinx官方的IP除了有配套手册外,还都提供了示例工程。通过手册得知IP的工作原理,通过示例工程去验证IP功能,然后在example design的基础上构建自己的代码。

Aurora IP的example design

打开示例工程后,会有一个工程与一个仿真,截图如下:

其中aurora_64b66b_0_exdes.v是一个完整收发模块,包含了协议层(aurora_64b66b_0_support.v),跨时钟同步设计(aurora_64b66b_0_cdc_sync.v),数据生成(aurora_64b66b_0_frame_gen.v)与检查(aurora_64b66b_0_frame_check.v),示例工程在TestBench中例化了两次该模块,即使用了两个高速收发器进行仿真,把高速收发器1的发送通道与高速收发器2的接收通道连接,从而形成数据闭环。

  由于两个模块产生相同数据,在仿真时可以只关注一个收发器的接收和发送通道数据,就能够观察接收和发送数据是否正确,也可以第二个aurora中的GT设置为收发直连,形成数据闭环。直接运行仿真,可以查看如下的关键信号。

找到axis相关的tx,rx信号data,valid,ready,keep,last,可以看到信号收发正确,还有两个关键信号是channel_up与lane_up当这俩信号被拉低,表明GT初始化成功,才能看到数据的收发,仿真持续时间为34.8us。

Aurora IP的问题

当前在两片FPGA进行aurora通信时,我们采用了如上图的配置,RX侧user_clk=156.25MHz,在axis-stream模式下我们一般要使用一个异步FIFO来跨时钟域,问题来了user_clk=156.25MHz,但我们使用数据的频率仅为100MHz,这样无论多大的FIFO都会发生数据丢失的行为,因为我们无法利用axis_ready信号告诉前级,数据即将溢出,即aurora协议无法接收rx侧的axis_ready信号,从而产生接收数据丢失的风险。此处有两种办法:第一种是我们在接收信号的板子上引出一根ready信号,告诉前级数据不要再发数据了,因为axis_valid &&axis_ready同步拉高,前级的aurora才会发数,这样就相当于人为控制数据的收发,比较灵活。需要注意的是:在设计ready信号时需要关注从后级传到前级的时延;第二种方式则为Flow Control模式,可以通过NFC控制流量,让GT口暂停发数,最多可设置为256拍后才发数据,此方法适用于可以预知下级接收的FIFO什么时候会溢出,然后通过计数暂停发数。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.rhkb.cn/news/469236.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

vue2项目启用tailwindcss - 开启class=“w-[190px] mr-[20px]“ - 修复tailwindcss无效的问题

效果图 步骤 停止编译"npm run dev"安装依赖 npm install -D tailwindcssnpm:tailwindcss/postcss7-compat postcss^7 autoprefixer^9 创建文件/src/assets/tailwindcss.css,写入内容: tailwind base; tailwind components; tailwind utiliti…

Docker部署Nginx

1. 拉取Nginx镜像 1.1 选择指定版本或latest 在部署Nginx时,选择合适的镜像版本是至关重要的。Docker Hub上提供了Nginx的官方镜像,用户可以根据自己的需求选择使用特定版本的Nginx或者始终使用最新的latest标签。 版本选择的重要性:选择一…

WPF+MVVM案例实战与特效(二十八)- 自定义WPF ComboBox样式:打造个性化下拉菜单

文章目录 1. 引言案例效果3. ComboBox 基础4. 自定义 ComboBox 样式4.1 定义 ComboBox 样式4.2 定义 ComboBoxItem 样式4.3 定义 ToggleButton 样式4.4 定义 Popup 样式5. 示例代码6. 结论1. 引言 在WPF应用程序中,ComboBox控件是一个常用的输入控件,用于从多个选项中选择一…

ctfshow-web入门-反序列化(web271-web278)

目录 1、web271 2、web272 3、web273 4、web274 5、web275 6、web276 7、web277 8、web278 laravel 反序列化漏洞 1、web271 laravel 5.7&#xff08;CVE-2019-9081&#xff09; poc <?php namespace Illuminate\Foundation\Testing{use Illuminate\Auth\Generic…

hive数据查询语法

思维导图 基本查询 基本语法 SELECT [ALL | DISTINCT] 字段名, 字段名, ... FROM 表名 [inner | left outer | right outer | full outer | left semi JOIN 表名 ON 关联条件 ] [WHERE 非聚合条件] [GROUP BY 分组字段名] [HAVING 聚合条件] [ORDER BY 排序字段名 asc | desc…

分段式爬虫和数据采集有什么关系

今天有人问我&#xff1a;分段式爬虫和数据采集有什么关系。 我想了想&#xff0c;我说我认为分段式爬虫其实是数据采集的一种手段或者说一种具体的方法。 咱就说数据采集吧&#xff0c;那就是想办法把各种有用的数据从不同的地方收集过来。这里面就有很多种方式&#xff0c;而…

最新网盘资源搜索系统,电视直播,Alist聚合播放

项目乃是基于 Vue 与 Nuxt.js 技术打造的网盘搜索项目&#xff0c;持续开源并保持维护更新。其旨在让人人皆可拥有属于自己的网盘搜索网站。强烈建议自行部署 更新日志&#xff1a; tv播放 新增Alist源聚合播放 新增批量删除功能 新增博客功能 &#xff08;分支&#xff1…

从零开始使用Intel的AIPC使用xpu加速comfyui

Intel的AIPC使用xpu加速跑comfyui 环境安装python环境搭建驱动及oneAPI安装创建python环境验证环境是否生效 ComfyUI的安装下载、汉化comfyui下载checkpoint 测试使用xpu加速测试使用cpu执行测试 环境安装 python环境搭建 直接下载Anaconda 下载地址 安装好后&#xff0c;通…

关于git使用的图文教程(包括基本使用,处理冲突问题等等)超详细

目录 用户签名,初始化git git提交流程图 提交到本地库 版本穿梭 分支操作 分支合并冲突 团队协作 github的使用 推送代码 克隆 拉取代码 团队协作冲突 团队协作之分支管理 推送分支到分支&#xff1a; 拉去远程库分支到本地库&#xff1a; 本地删除远程分支&am…

Android Studio打包时不显示“Generate Signed APK”提示信息

Android Studio打包时&#xff0c;默认显示“Generate Signed APK”提示信息&#xff0c;如下图所示&#xff1a; 如果在打包时不显示“Generate Signed APK”提示信息&#xff0c;解决办法是&#xff1a; Android Studio菜单栏&#xff0c;“File->Settings->Appearan…

【Go】-gRPC入门

目录 什么是gRPC 从Hello开始的简单使用 proto server端 client端 Proto的语法介绍 定义一个消息类型 指定字段类型 分配标识号 指定字段规则 添加更多消息类型 保留标识符&#xff08;Reserved&#xff09; 从.proto文件生成了什么&#xff1f; 标量数值类型 默…

后端SpringBoot学习项目-用户管理-增删改查

最终代码结构 仓库地址 Entity文件 数据库表设计 entity层实现 文件创建 ● 创建entity文件夹 ● 在entity层创建Java类&#xff0c;名字为User (关键字不可使用) 代码实现 package com.example.drhtspringboot.entity;import com.baomidou.mybatisplus.annotation.IdT…

网络管理之---3种网络模式配置

目标&#xff1a; 了解几个概念&#xff1a; 1.什么是IP&#xff1f;什么是IP地址&#xff1f; 2.什么是桥接、NAT、仅主机模式 3.端口&#xff1f; 4.什么是网络接口命名规则 5.网络管理器 IP&#xff1a;指网络之间互联的协议&#xff0c;是TCP/IP 体系中的网络协议 I…

uniapp解析蓝牙设备响应数据bug

本文章为了解决《uniapp 与蓝牙设备收发指令详细步骤(完整项目版)》中第十步的Array 解析成 number函数bug 1、原代码说明 function array16_to_number(arrayValue) {const newArray arrayValue.filter(item > String(item) ! 00 || String(item) ! 0)const _number16 ne…

【测试框架篇】单元测试框架pytest(3):用例执行参数详解

一、前言 上一篇内容介绍了用例编写的规则以及执行用例&#xff0c;执行用例时我们发现有些print输出内容&#xff0c;结果没有给我们展示&#xff0c;这是因为什么原因呢&#xff1f;接下来我们会针对这些问题进行阐述。 二、参数大全 我们可以在cmd中通过输入 pytest -h 或…

再见 阿里巴巴EasyExcel替代品EasyExcel-Plus即将诞生

最近阿里发布公告通知&#xff0c;停止对EasyExcel 更新和维护&#xff0c;EasyExcel 是一款知名的 Java Excel 工具库&#xff0c;由阿里巴巴开源&#xff0c;作者是玉霄&#xff0c;在 GitHub 上有 30k stars、7.5k forks。 据了解&#xff0c;EasyExcel作者玉霄)去年已经从…

VBA08-if语句

一、单行 If 语句 If x > 10 Then MsgBox "x is greater than 10"二、多行 If...Then...End If 语句 If x > 10 ThenMsgBox "x is greater than 10"y x 5 End If 三、If...Then...Else 语句 If condition Then 当条件为真时执行的代码块stateme…

闯关leetcode——202. Happy Number

大纲 题目地址内容 解题代码地址 题目 地址 https://leetcode.com/problems/happy-number/description/ 内容 Write an algorithm to determine if a number n is happy. A happy number is a number defined by the following process: Starting with any positive inte…

Apache Kylin 添加MSSQL等第三方数据源(MySQL 亦可)

Apache Kylin 添加MSSQL等数据源 Kylin 版本要求是3 PS&#xff1a;根据Kylin文档kylin 4.0和kylin 3.1的区别中所示&#xff1a; Kylin 3.1.0 支持 Kafka/Hive/JDBC 作为数据源Kylin 4.0 支持 Hive/CSV 作为数据源 官方文档请参考:Setup JDBC Data Source 第三方文档参考…