利用FPGA调试光纤的一些设计经验

利用FPGA调试光纤接口接口：

由于与项目需要，前段时间调试了光纤接口，记录一些设计经验。

设计中采用FPGA控制光纤模块完成光纤数据的收发，FPGA采用Xilinx公司的Spartan6 LX45T，由于其内部自带的2个GTP收发器，能作为多种高速通信协议（千兆以太网、PCI-E，SATA等）的桥梁，且Xilinx提供了免费的ＩＰ核，设计比较方便。

首先，建立ISE工程，添加GTP核，（该过程可参考Xilinx提供的文档：LogiCORE IP Spartan-6 FPGA GTP Transceiver Wizard v1.11User Guide）

选择Spartan6 GTP收发器1.11版本，接下来进行GTP核的设置，

Spartan6 LX45T系列FPGA内部有2个GTP核，每个核又具有两个独立的通道，因此可根据自己的需要选择，

接下来配置GTP速率以及数据协议，很多高速传输中都采用的是aurora-8b10b协议（https://en.wikipedia.org/wiki/8b/10b_encoding），速率以及参考时钟都可以根据需要设置（本项目光纤最高速率1.25Gbps），

接下来是协议的一些配置选项，各个选项的含义可以参考RocketIO™ Transceiver User Guide 和 Spartan-6 FPGA GTP Transceivers，里面有这些选项的详细说明，

这里选择数据传输中的逗号对齐，比较重要，主要是用于数据告诉传输中的数据对齐，后面几页的配置默认就可以。

最后工程生成以后可以直接打开GTP核工程，编译后便可进行modelsim仿真，仿真结果一般都不会出现问题。

最后，可根据自己的需要修改源代码，其中，比较关键的地方需要注意：

1、 TXCHARISK参数，该参数用于指明当前数据是否为对齐字符（K28.5，即0xBC），当发送对齐字符时，必须TXCHARISK=1，当然0xBC也可以作为实际数据，只要TXCHARISK=0，就不会认为该数据为对齐字符；

2、 数据宽度问题，在设置GTP速率及协议的时候，注意数据宽度的选择，若选择16bits或者32bits，则数据在接收端可能会发生错位现象，（发送0x0102，接收到为0x0201），仿真时不会出现问题，因为在Frame_check中进行了判断，若发生错位，会得到纠正，但选择8bits则不会出现该问题，省去了后续的纠错任务；

3、 约束文件问题，打开GTP核工程后，可以看到有两个约束文件，一个是GTP属性，一个是顶层约束，

INST mgt1_0t1r_i/tile0_mgt1_0t1r_i/gtpa1_dual_i CLKINDC_B_0

NET “tile0_txusrclk0_i” TNM_NET = “tile0_txusrclk0_i”;

TIMESPEC “TS_tile0_txusrclk0_i” = PERIOD “tile0_txusrclk0_i” 8.0;

若设计者希望建立自己的顶层文件，并在顶层文件中例化GTP核，则需要在约束语句上加上顶层例化名称：

INST gtp_top_i/mgt1_0t1r_i/tile0_mgt1_0t1r_i/gtpa1_dual_i CLKINDC_B_0

NET “ gtp_top_i/tile0_txusrclk0_i” TNM_NET = “tile0_txusrclk0_i”;

TIMESPEC “TS_tile0_txusrclk0_i” = PERIOD “tile0_txusrclk0_i” 8.0;

其中，具体设计细节可参考上面提到的3个参考文档。在硬件实现上，主要需要配置GTP的差分时钟，光纤的RX、TX和GTP的RX、TX连接。