F-Tile体系结构和PMA和FEC Direct PHY IP用户指南

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ID 683872
日期 1/24/2024
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1. F-Tile概述 2. F-Tile架构 3. 实现F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP 4. 实现F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IP 5. F-Tile PMA/FEC Direct PHY设计实现 6. 受支持的工具 7. 调试F-Tile收发器链路 8. F-Tile体系结构和PMA和FEC Direct PHY IP用户指南归档 9. F-Tile体系结构和PMA和FEC Direct PHY IP用户指南的文档修订历史 A. 附录
2. F-Tile架构 x
2.1. F-Tile构建模块 2.2. F-Tile布局规则 2.3. PMA架构 2.4. 时钟架构
2.1. F-Tile构建模块 x
2.1.1. FHT和FGT PMA 2.1.2. 400G硬核IP和200G硬核IP 2.1.3. PMA数据速率 2.1.4. FEC架构 2.1.5. PCIe* 硬核IP 2.1.6. 绑定架构(Bonding Architecture) 2.1.7. 去偏斜逻辑(Deskew Logic) 2.1.8. 嵌入式多晶片互连桥接(EMIB) 2.1.9. 用于Ethernet的IEEE 1588精确时间协议 2.1.10. 时钟网络 2.1.11. 重配置接口
2.2. F-Tile布局规则 x
2.2.1. PMA到分段映射(PMA-to-Fracture Mapping) 2.2.2. 确定哪个PMA映射到哪个分段(Fracture) 2.2.3. 硬核IP布局规则 2.2.4. IEEE 1588精确时间协议布局规则 2.2.5. 拓扑(Topologies) 2.2.6. FEC布局规则 2.2.7. 时钟规则和限制 2.2.8. 绑定布局规则 2.2.9. 保留未使用的PMA通道
2.2.1. PMA到分段映射(PMA-to-Fracture Mapping) x
2.2.1.1. FHT-PMA-to-400G-Hard-IP-Fracture映射 2.2.1.2. FGT-PMA-to-400G-Hard-IP-Fracture映射 2.2.1.3. FGT-PMA-to-200G-Hard-IP-Fracture映射
2.2.2. 确定哪个PMA映射到哪个分段(Fracture) x
2.2.2.1. 实现一个包含400G硬核IP和FHT的200GbE-4接口 2.2.2.2. 实现一个包含400G硬核IP和FHT的200GbE-2接口 2.2.2.3. 实现一个包含400G硬核IP和FHT的100GbE-1接口 2.2.2.4. 实现一个包含400G硬核IP和FGT的100GbE-4接口 2.2.2.5. 实现一个包含200G硬核IP和FGT的10GbE-1接口 2.2.2.6. 实现三个包含400G硬核IP和FHT的25GbE-1接口 2.2.2.7. 实现包含400G硬核IP和FHT的一个50GbE-1和两个25GbE-1接口 2.2.2.8. 实现包含400G硬核IP和FHT的一个100GbE-1和两个25GbE-1接口 2.2.2.9. 实现包含400G硬核IP和FHT的两个100GbE-1和一个25GbE-1接口 2.2.2.10. 实现包含400G硬核IP和FHT的100GbE-1、100GbE-2和50GbE-1接口
2.2.5. 拓扑(Topologies) x
2.2.5.1. Topology 5: 400G Hard IP (FHT) + 200G Hard IP (FGT) 示例 2.2.5.2. Topology 6a：混合收发器模式的400G Hard IP示例 2.2.5.3. Topology 14: 1x PCIe x4 + 400G Hard IP (FGT) with PTP 示例
2.2.8. 绑定布局规则 x
2.2.8.1. 绑定通道用例1 2.2.8.2. 绑定通道用例2
2.3. PMA架构 x
2.3.1. FHT PMA架构 2.3.2. FGT PMA架构
2.3.1. FHT PMA架构 x
2.3.1.1. FHT发送器PMA架构 2.3.1.2. FHT接收器PMA架构 2.3.1.3. FHT PMA环回模式
2.3.1.1. FHT发送器PMA架构 x
2.3.1.1.1. FHT发送器缓冲器和相位发生器 2.3.1.1.2. FHT串化器 2.3.1.1.3. FHT格雷编码器和预编码器 2.3.1.1.4. FHT数据码型生成器和验证器
2.3.1.2. FHT接收器PMA架构 x
2.3.1.2.1. FHT接收器缓冲器和均衡器 2.3.1.2.2. CDR模块 2.3.1.2.3. FHT解串器
2.3.2. FGT PMA架构 x
2.3.2.1. FGT发送器PMA架构 2.3.2.2. FGT接收器PMA架构 2.3.2.3. FGT PMA调节 2.3.2.4. FGT PMA环回模式
2.3.2.1. FGT发送器PMA架构 x
2.3.2.1.1. FGT发送器缓冲器和相位发生器 2.3.2.1.2. FGT串化器 2.3.2.1.3. FGT格雷编码器和预编码器 2.3.2.1.4. FGT数据码型生成器和验证器
2.3.2.2. FGT接收器PMA架构 x
2.3.2.2.1. FGT接收器缓冲器和均衡器 2.3.2.2.2. 控制单元 2.3.2.2.3. FGT解串器
2.4. 时钟架构 x
2.4.1. 参考时钟网络 2.4.2. 数据路径时钟网络 2.4.3. 系统PLL 2.4.4. 数据路径时钟节奏(Datapath Clock Cadences) 使用PMA时钟模式的25 Gbps PMA Direct PHY IP端口示例 使用超频系统PLL时钟模式的无FEC端口的25 Gbps Ethernet示例
2.4.1. 参考时钟网络 x
2.4.1.1. FHT参考时钟网络 2.4.1.2. FGT和系统PLL参考时钟网络 2.4.1.3. FGT主PLL配置
2.4.1.2. FGT和系统PLL参考时钟网络 x
2.4.1.2.1. FGT参考时钟接收器模拟前端
3. 实现F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP x
3.1. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP概述 3.2. 使用F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP进行设计 3.3. 配置IP 3.4. 信号和端口参考 3.5. PMA和FEC模式PHY TX和RX数据路径的比特映射 3.6. 时钟 3.7. 自定义节奏生成端口和逻辑(Custom Cadence Generation Ports and Logic) 3.8. 置位复位(Asserting Reset) 3.9. 绑定实现(Bonding Implementation) 3.10. 独立端口配置 3.11. 配置寄存器 3.12. 可配置的Intel Quartus Prime软件设置 3.13. 配置F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP用于硬件测试 3.14. 使用 Avalon® 存储器映射接口的硬件配置
3.1. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP概述 x
3.1.1. PMA Direct支持的模式 3.1.2. FEC Direct支持的模式 3.1.3. 不支持的PMA/FEC模式
3.2. 使用F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP进行设计 x
3.2.1. 预置IP参数设置
3.3. 配置IP x
3.3.1. 常规和通用数据路径(General and Common Datapath)选项 3.3.2. TX数据路径选项 3.3.3. RX数据路径选项 3.3.4. RS-FEC (Reed Solomon Forward Error Correction)选项 3.3.5. Avalon® 存储器映射接口选项 3.3.6. 寄存器映射IP-XACT支持 3.3.7. 示例设计生成 3.3.8. 模拟参数选项
3.3.1. 常规和通用数据路径(General and Common Datapath)选项 x
3.3.1.1. SATA模式的FGT PMA配置规则
3.3.2. TX数据路径选项 x
3.3.2.1. TX PMA接口参数
3.3.3. RX数据路径选项 x
3.3.3.1. RX FGT PMA接口选项
3.4. 信号和端口参考 x
3.4.1. TX和RX并行和串行接口信号 3.4.2. TX和RX参考时钟和时钟输出接口信号 3.4.3. 复位信号 3.4.4. RS-FEC信号 3.4.5. 自定义节奏控制和状态信号 3.4.6. TX PMA控制信号 3.4.7. RX PMA状态信号 3.4.8. TX和RX PMA和内核接口FIFO信号 3.4.9. PMA Avalon® 存储器映射接口信号 3.4.10. PMA Avalon® 存储器映射接口信号
3.4.10. PMA Avalon® 存储器映射接口信号 x
3.4.10.1. 数据路径存储器映射的 Avalon® 接口数量和每个接口的附加地址比特
3.5. PMA和FEC模式PHY TX和RX数据路径的比特映射 x
3.5.1. 并行数据映射信息 3.5.2. 不同配置的TX和RX并行数据映射信息 3.5.3. PMA Width = 8, 10, 16, 20, 32 (X=1)的TX并行数据的示例 3.5.4. PMA Width = 64 (X=2)的TX并行数据的示例 3.5.5. FEC Direct模式的PMA Width = 64 (X=2)的TX并行数据的示例
3.5.2. 不同配置的TX和RX并行数据映射信息 x
3.5.2.1. 不同配置的SATA协议模式的TX并行数据映射信息
3.6. 时钟 x
3.6.1. 时钟端口 3.6.2. 推荐的tx/rx_coreclkin连接和tx/rx_clkout2源 3.6.3. tx/rx_coreclkin、tx/rx_clkout和tx/rx_clkout2的端口宽度和推荐的连接 3.6.4. FGT PMA小数模式 3.6.5. FGT RX CDR时钟输出
3.6.5. FGT RX CDR时钟输出 x
3.6.5.1. 动态配置FGT RX CDR时钟输出
3.7. 自定义节奏生成端口和逻辑(Custom Cadence Generation Ports and Logic) x
3.7.1. 使能tx_cadence_slow_clk_locked端口 3.7.2. 速率匹配FIFO
3.8. 置位复位(Asserting Reset) x
3.8.1. 复位信号要求 3.8.2. 上电复位要求 3.8.3. 复位信号—模块级 3.8.4. 复位信号—描述 3.8.5. 状态信号—描述 3.8.6. 运行时复位序列—TX 3.8.7. 运行时复位序列—RX 3.8.8. 运行时复位序列—TX + RX 3.8.9. 运行时复位序列—带FEC的TX
3.8.8. 运行时复位序列—TX + RX x
3.8.8.1. 运行时复位序列大概持续时间
3.11. 配置寄存器 x
3.11.1. PMA和FEC Direct PHY Soft CSR寄存器映射 3.11.2. FHT PMA寄存器映射 3.11.3. FGT PMA寄存器映射 3.11.4. FEC寄存器映射 3.11.5. 通道偏移地址(Lane Offset Address) 3.11.6. 访问配置寄存器
3.11.6. 访问配置寄存器 x
3.11.6.1. 访问PMA和FEC Direct PHY Soft CSR寄存器 3.11.6.2. 访问FHT PMA寄存器 3.11.6.3. 访问FGT PMA寄存器
3.12. 可配置的Intel Quartus Prime软件设置 x
3.12.1. FHT PMA设置 3.12.2. FGT PMA设置
3.13. 配置F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP用于硬件测试 x
3.13.1. 在F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP中使用Debug Endpoint接口 3.13.2. 使用JTAG to Avalon® Master Bridge Intel FPGA IP
3.13.1. 在F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP中使用Debug Endpoint接口 x
3.13.1.1. Debug Endpoint Avalon® 接口的RTL连接示例
3.13.2. 使用JTAG to Avalon® Master Bridge Intel FPGA IP x
3.13.2.1. JTAG to Avalon® Master Bridge Intel IP的RTL连接示例
3.14. 使用 Avalon® 存储器映射接口的硬件配置 x
3.14.1. FHT PMA 3.14.2. FGT PMA
3.14.1. FHT PMA x
3.14.1.1. 使能环回(Enabling Loopback) 3.14.1.2. 使能PRBS生成器和验证器 3.14.1.3. TX均衡器设置 3.14.1.4. TX错误注入(TX Error Injection) 3.14.1.5. RX重新收敛(RX Reconvergence) 3.14.1.6. 保留未使用的通道
3.14.2. FGT PMA x
3.14.2.1. 直接寄存器方法(Direct Register Method) 3.14.2.2. FGT属性访问方法(FGT Attribute Access Method)
3.14.2.1. 直接寄存器方法(Direct Register Method) x
3.14.2.1.1. 直接寄存器方法示例
3.14.2.2. FGT属性访问方法(FGT Attribute Access Method) x
3.14.2.2.1. FGT属性访问方法示例1 (FGT Attribute Access Method Example 1) 3.14.2.2.2. FGT属性访问方法示例2 (FGT Attribute Access Method Example 2) 3.14.2.2.3. FGT属性访问方法示例3 (FGT Attribute Access Method Example 3)
4. 实现F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IP x
4.1. IP参数 4.2. IP端口列表 4.3. System PLL - System PLL的模式，参考时钟和输出频率 4.4. F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IP使用的指导原则 4.5. Refclk #i is Active At and After Device Configuration功能的指导原则
4.5. Refclk #i is Active At and After Device Configuration功能的指导原则 x
4.5.1. 系统PLL参考时钟的指导原则 4.5.2. FGT参考时钟指南
5. F-Tile PMA/FEC Direct PHY设计实现 x
5.1. 实现F-Tile PMA/FEC Direct PHY设计 5.2. 例化F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP 5.3. 在F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP中实现一个RS-FEC Direct设计 5.4. 例化F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IP 5.5. 使能自定义节奏生成端口和逻辑(Enabling Custom Cadence Generation Ports and Logic) 5.6. 连接F-Tile PMA/FEC Direct PHY设计IP 5.7. 仿真F-Tile PMA/FEC Direct PHY设计 5.8. F-Tile接口规划
5.2. 例化F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP x
5.2.1. 设置常规和通用数据路径选项(General and Common Datapath Options) 5.2.2. 设置TX数据路径选项 5.2.3. 设置RX数据路径选项
5.7. 仿真F-Tile PMA/FEC Direct PHY设计 x
5.7.1. 仿真中的PAM4编码方案
5.8. F-Tile接口规划 x
5.8.1. F-Tile Interface Planner用法示例
6. 受支持的工具 x
6.1. F-Tile Channel Placement Tool (F-Tile通道布局工具) 6.2. F-Tile PMA and FEC Direct Port Mapping Calculator 6.3. F-Tile Clocking and Datapath Tool 6.4. F-Tile TX Equalizer Tool
7. 调试F-Tile收发器链路 x
7.1. F-Tile收发器工具套件GUI 7.2. F-Tile收发器调试流程演练 7.3. 收发器工具套件参数设置 7.4. 常见错误疑难解答 7.5. Transceiver Toolkit脚本
7.1. F-Tile收发器工具套件GUI x
7.1.1. Collection视图
7.2. F-Tile收发器调试流程演练 x
7.2.1. 修改设计以使能F-Tile收发器调试 7.2.2. 将设计编程到Intel FPGA中 7.2.3. 将设计加载到收发器工具套件中 7.2.4. 创建收发器链路 7.2.5. 运行BER测试 7.2.6. 运行Eye Viewer测试 7.2.7. 运行链路优化测试 7.2.8. 检查FEC统计数据 7.2.9. 垂直浴缸曲线测量(VBCM)数据
7.5. Transceiver Toolkit脚本 x
7.5.1. 受支持的收发器工具套件脚本 7.5.2. 修改脚本 7.5.3. 脚本执行 7.5.4. Tcl Console中的结果示例
A. 附录 x
A.1. F-Tile产品版本和固件OPN A.2. OSC_CLK_1 QSF Assignment要求
1. F-Tile概述
2. F-Tile架构
3. 实现F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP
4. 实现F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IP
5. F-Tile PMA/FEC Direct PHY设计实现
6. 受支持的工具
7. 调试F-Tile收发器链路
8. F-Tile体系结构和PMA和FEC Direct PHY IP用户指南归档
9. F-Tile体系结构和PMA和FEC Direct PHY IP用户指南的文档修订历史
A. 附录

2.4.4. 数据路径时钟节奏(Datapath Clock Cadences)

PMA FIFO接口的读和写频率决定您是否需要标准节奏(standard cadence)还是定制节奏(custom cadence)。

  • 标准节奏：如果PMA FIFO接口的读和写频率相同且频率偏差为0 ppm，则使用标准节奏。
  • 定制节奏：如果PMA FIFO接口的读和写频率不同，或者频率相同但频率偏差大于0 ppm，则使用定制节奏。
图 55. 标准节奏和定制节奏

请参阅PMA数据速率来了解受支持的数据速率。

表 24.  根据数据路径时钟模式划分的受支持的数据路径时钟频率和节奏
数据路径时钟模式 配置 数据路径时钟频率 节奏

PMA时钟模式

(最大906.25 MHz)

 PMA Direct

数据路径时钟频率 = PMA时钟频率

PMA时钟频率 = 线速率 ÷ PMA宽度

 在TX和RX上使用标准节奏(数据在每个时钟边沿有效)。 15

系统PLL时钟模式

(最大1 GHz)

 PMA Direct

用例A：F-tile和链路伙伴共享同一参考时钟的芯片到芯片应用

数据路径时钟频率 ≥ (系统PLL输出频率)min，其中(系统PLL输出频率)min = PMA时钟频率

 如果(系统PLL输出频率 = PMA时钟频率和∆ppm = 0)，则在TX和RX上使用标准节奏(数据在每个时钟沿上有效)。否则，使用定制节奏。 16 ， 17

用例B：F-tile和链路伙伴不共享同一参考时钟的应用

数据路径时钟频率 ≥ (系统PLL输出频率)min，其中(系统PLL输出频率)min = (maximum ppm 18 ÷ 1000000 + 1) × PMA时钟频率

系统PLL时钟模式

(最大1 GHz)

 包含FEC 、PCS和MAC的其他配置

数据路径时钟频率 ≥ (系统PLL输出频率)min，其中(系统PLL输出频率)min = PMA时钟频率

例如，对于10GbE-1，使用≥ 322.265625 MHz；对于25GbE-1，使用≥ 805.6640625 MHz；对于50GbE-1，使用≥ 830.078125 MHz。

 如果(系统PLL输出频率 = PMA时钟频率)，则在TX和RX上使用标准节奏(数据在每32、33或34个时钟周期有效)。否则，主要使用定制节奏。 19

使用PMA时钟模式的25 Gbps PMA Direct PHY IP端口示例

  • PMA接口和内核FIFO接口之间的所有模块都运行在PMA 时钟上。
  • 在发送器上，PMA FIFO接口由两侧的TX PMA时钟提供时钟。
  • 在接收器上，PMA FIFO接口由两侧的RX恢复时钟提供时钟。
  • 使用标准节奏。TX和RX上的数据在PMA时钟的每个时钟边沿有效。
图 56. 使用PMA时钟模式的25 Gbps PMA Direct PHY IP端口示例下面的F-Tile Clocking Tool截屏显示了一个使用PMA时钟模式的25 Gbps PMA Direct PHY IP端口。

使用超频系统PLL时钟模式的无FEC端口的25 Gbps Ethernet示例

  • PMA接口和内核FIFO接口之间的所有模块都运行在系统PLL时钟上。
  • 在发送器上，PMA FIFO接口执行从系统PLL域到TX PMA时钟域的时钟传输。
  • 在接收器上，PMA FIFO接口执行从RX恢复时钟域到系统PLL域的时钟传输。请参考 F-Tile Ethernet Intel® FPGA Hard IP User Guide 来了解如何为内核接口提供时钟。
  • 由于系统PLL时钟频率比PMA时钟频率快，因此数据路径时钟被超频。所以，您必须使用定制节奏。
图 57. 使用超频系统PLL时钟模式的无FEC端口的25 Gbps Ethernet示例下面的F-Tile Clocking Tool截图显示了一个使用超频的系统PLL时钟模式的无FEC端口的25 Gbps Ethernet。
相关信息
15 TX PMA和TX数字模块使用一个源自本地时钟的PMA时钟。RX PMA和RX数字模块在恢复的时钟(链路伙伴时钟)上运行。
16 用例A：只有当TX PMA参考时钟、系统PLL参考时钟和链路伙伴TX参考时钟来自同一时钟源(频率偏差为0 ppm)时才能使用标准节奏。在32 Gbps上，只能使用标准节奏，因为系统PLL达到1 GHz的最大频率(它不能承受任何频率差异；频率偏差必须为0 ppm)。
17 用例B：必须对系统PLL频率进行超频以补偿TX PMA参考时钟、系统PLL参考时钟和链路伙伴TX参考时钟之间大于0 ppm的频率偏差。它不支持32.0 Gbps，因为系统PLL时钟必须以大于1 GHz的速度运行才能接受大于0 ppm的频率偏差。
18

maximum ppm = maximum ∆ppm ÷ 2

maximum ∆ppm = max(链路伙伴TX(本地RX上的恢复时钟)和系统PLL之间的∆ppm，系统PLL和TX PMA之间的∆ppm)

19 数据路径时钟已经超频，与PMA时钟相比，超频约为 3%，这是由PCS和FEC的开销导致的。因此，TX PMA参考时钟、系统PLL参考时钟和链路伙伴TX参考时钟之间的频率偏差大于0 ppm是被允许的。
二级标题