Manuale utente degli FPGA di fascia media PolarFire AN5864 MICROCHIP

Questo documento fornisce istruzioni per l'utilizzo dell'IP Aurora 8B/10B sulla scheda di valutazione PolarFire®. Il transceiver ad alta velocità PolarFire (PF_XCVR_ERM) deve essere configurato in modalità PCS 8B10B insieme all'IP Aurora 8B/10B. I moduli AURORA_TX_GENERATOR e AURORA_RX_CHECKER vengono utilizzati per generare e verificare i dati tramite l'interfaccia AXI4-Stream.
La scheda di valutazione ha due interfacce: SFP+ e SMA. Questo progetto di riferimento supporta entrambe le configurazioni. Il cavo deve essere collegato in modalità loopback dal TX al RX sulla scheda.

Sopraview

L'IP Aurora 8B/10B utilizza AXI4-Stream come interfaccia utente per la comunicazione. Questo progetto di riferimento include due moduli, AURORA_TX_GENERATOR e AURORA_RX_CHECKER, per i test. Il blocco transceiver ad alta velocità supporta velocità di trasmissione dati comprese tra 250 Mbps e 12.7 Gbps. Il modulo transceiver (PF_XCVR_ERM) integra più blocchi funzionali per consentire il trasferimento dati seriale ad alta velocità all'interno dell'FPGA. Il transceiver utilizzato nelle applicazioni Aurora 8B/10B ha una larghezza di banda limitata a un intervallo di velocità di linea compreso tra 0.5 Gb/s e 6.6 Gb/s.
L'IP Aurora 8B/10B supporta una larghezza di banda dati di 32 bit e singole corsie di trasmissione. Questo progetto di riferimento può essere implementato su due schede Microchip PolarFire per consentire il trasferimento dati full-duplex.

Figura 1-1. Diagramma a blocchi del progetto di riferimento IP Aurora 8B/10B

Specifiche di progettazione di riferimento

Questa sezione fornisce un elenco delle specifiche di progettazione di riferimento.

Modalità full duplex
Canale a corsia singola
Velocità dati: 3.125 Gbps
Unità dati di carico utile (PDU): larghezza dati a 32 bit
Test del controllo del flusso utente (UFC) e del controllo del flusso nativo (NFC)

Informazioni sul design

Questa sezione fornisce una panoramicaview dei moduli inclusi nel progetto.

Generatore Aurora Tx

Una volta inizializzati correttamente LANE e CHANNEL, viene attivato il segnale AURORA_TX_GENERATOR.CHANNEL_UP. Il generatore inizia quindi a produrre pattern di test e li invia ad Aurora.
IP 8B/10B tramite l'interfaccia AXI4-Stream.

Trasmissione dati: il pattern dati PRBS viene utilizzato per testare l'interfaccia utente TX. La dimensione delle parole dati aumenta progressivamente in ogni frame, da 1 a 255 (1 parola = 32 bit). Un breve numero casuale di cicli viene inserito tra i frame.

Figura 3-1. Sequenza di test dei dati

Trasmissione di messaggi UFC: i valori preimpostati vengono utilizzati per testare l'interfaccia utente TX UFC. Secondo le specifiche Aurora 8B/10B, l'intervallo di dimensioni UFC è un numero pari di ottetti, compreso tra 2 e 16.

Figura 3-2. Sequenza del test UFC

Trasmissione dei messaggi NFC: la sequenza dei numeri di pausa segue lo schema da 1 a 8, poi 0xF e infine 0. Secondo la specifica Aurora 8B/10B, l'intervallo di dati NFC va da 1 a 8. Un valore di 0xF indica al partner di canale di interrompere la trasmissione dei dati, mentre un valore di 0 indica di riprendere la trasmissione.

Figura 3-3. Sequenza di test NFC

Verificatore Aurora Rx

Dopo che LANE e CHANNEL sono stati inizializzati correttamente, il modulo CHECKER inizia a verificare i dati ricevuti dall'IP Aurora 8B/10B tramite l'interfaccia AXI4-Stream.
La tabella seguente fornisce informazioni sulle porte. Queste porte indicano i rispettivi errori di mancata corrispondenza dei dati.

Tabella 3-1. Aurora Rx Checker

Segnale Gerarchia	Descrizione
AURORA_RX_CHECKER.ERR_PDU	Indica una mancata corrispondenza nei dati PDU ricevuti.
AURORA_RX_CHECKER.ERR_UFC	Indica una mancata corrispondenza nel messaggio UFC ricevuto.
AURORA_RX_CHECKER.ERR_NFC	Indica una mancata corrispondenza nel messaggio NFC ricevuto.

Configurazione del ricetrasmettitore

PolarFire Aurora 8B/10B IP non include il transceiver PMA e PCS. La figura seguente mostra la configurazione del transceiver IP nel design Libero®.

La scheda di valutazione PolarFire fornisce una sorgente di clock a 125 MHz. Configurare l'IP PF_TX_PLL per generare un clock di bit a 6250 Mbps per PF_XCVR_ERM.
Figura 3-4. Trasmissione PLL

Configurare PF_XCVR_ERM per il funzionamento full-duplex con una singola corsia e una velocità dati di 3.125 GHz.
Configurare la larghezza dell'interfaccia PCS a 32 bit con codifica e decodifica 8B/10B.

Progetto Libero

Oltre al blocco funzionale principale, sono presenti moduli aggiuntivi come CCC, reset_syn e INIT_Monitor, che sono responsabili della generazione dell'orologio di sistema e del reset.
La figura seguente mostra la progettazione Libero di livello superiore del trasferimento dati ad alta velocità utilizzando Aurora 8B/10B IP.

Figura 4-1. Progetto Libero

Vincoli temporali

Il seguente vincolo descrive la frequenza di SYS_CLK pari a 125 MHz, TX_CLK e RX_CLK pari a 78.125 MHz.
Il percorso falso ARSTN è un segnale asincrono.

Vincoli dell'interfaccia

Questa sezione descrive i vincoli dell'interfaccia.

Vincoli per il connettore SFP+

Vincoli per il connettore SMA

Simulazione

Viene fornito un banco di prova per la simulazione del loopback. Dalla forma d'onda si possono trarre le seguenti osservazioni chiave:

Quando entrambi i segnali PF_XCVR_ERM.RX_VAL e PF_XCVR_ERM.RX_READY sono attivati, significa che il ricevitore di PF_XCVR_ERM ha completato l'inizializzazione. L'IP Aurora 8B/10B inizierà a funzionare alla ricezione di questi segnali.
Figura 5-1. Simulazione

Durante l'intervallo di tempo da RX_VAL a CHANNEL_READY, l'IP Aurora 8B/10B viene inizializzato e verificato. Il sistema applicativo utente deve attendere che CHANNEL_READY venga attivato prima di iniziare l'operazione.
Figura 5-2. CHANNEL_READY viene asserito prima di avviare l'operazione
Il modulo TX_GENERATOR inizia a trasmettere i modelli di test all'IP Aurora 8B/10B dopo che è stato affermato CHANNEL_READY.
Figura 5-3. CHANNEL_READY è asserito

Il modulo AURORA_RX_CHECKER inizia a verificare i dati ricevuti dopo l'asserzione di CHANNEL_UP.
I dati PDU, UFC e NFC vengono controllati costantemente. I segnali ERR_PDU, ERR_UFC ed ERR_NFC devono rimanere bassi; in caso contrario, viene rilevata una mancata corrispondenza dei dati.
Figura 5-4. Rilevata mancata corrispondenza dei dati

Debug e test

Utilizzare lo strumento Identify® Debug Design per monitorare i segnali nella progettazione.

CHANNEL_UP
Questo segnale dovrebbe essere attivato dopo aver collegato il cavo e completato il processo di inizializzazione.

ERR_PDU / ERR_UFC / ERR_NFC
- Questi segnali dovrebbero sempre rimanere bassi.
- Imposta un trigger nello strumento per monitorare gli errori.
LED di stato
- LED4: Errore DATI. L'illuminazione del LED indica un errore nei dati.
- LED5: Errore UFC. L'illuminazione del LED indica un errore per UFC.
- LED6: Errore NFC. L'illuminazione del LED indica un errore per UFC.
- LED7: CANALE PRONTO. L'illuminazione del LED indica l'inizializzazione avvenuta correttamente.

La figura seguente mostra lo strumento di progettazione Identify Debug.

Figura 6-1. Debug e test

La figura seguente mostra i risultati nella forma d'onda vieweh.

Figura 6-2. Errore del monitor

Per testare la configurazione hardware, seguire le istruzioni riportate di seguito:

Chiudere il ponticello J46.
Collegare SPF+ e il cavo ottico in modalità loop-back.
Osservare lo stato dei LED.
La figura seguente mostra la configurazione di una scheda di sviluppo PolarFire.

Figura 6-3. Configurazione della scheda

Importante:

LED4: Stato di errore PDU, ON indica che è stato rilevato un errore.
LED5: Stato di errore UFC, ON indica che è stato rilevato un errore.

LED6: Stato di errore NFC, ON indica che è stato rilevato un errore.
LED7: Stato di canale pronto, ON indica che il canale è stato inizializzato.

Cronologia delle revisioni

La cronologia delle revisioni descrive le modifiche implementate nel documento. Le modifiche sono elencate per revisione, a partire dalla pubblicazione più recente.

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Domande frequenti

D: Cosa devo fare se riscontro errori di mancata corrispondenza nei dati ricevuti?

R: Se si verificano errori quali ERR_PDU, ERR_UFC o ERR_NFC, controllare la gerarchia del segnale e assicurarsi che il ricetrasmettitore e i moduli siano configurati correttamente per una trasmissione e ricezione dei dati accurata.

Documenti / Risorse

FPGA di fascia media MICROCHIP AN5864 PolarFire [pdf] Manuale d'uso
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Riferimenti

Manuale d'uso

FPGA di fascia media MICROCHIP AN5864 PolarFire

Specifiche

Introduzione