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整理GTX收发器示例工程（高速收发器十一）

news 来源：原创 2024/9/29 11:35:20

前文分析了xilinx官方提供的GTX IP示例工程，该代码的结构比较混乱，本文将该代码进行梳理，形成一个便于使用的模块，后续如果要使用多通道的收发器，多次例化某个模块就行了。

下图是官方例程中GTX IP相关模块的RTL视图，根据前文时钟资源的讲解，同一bank的四个通道共用一个QPLL，因此需要将GT_COMMON放到上层模块，同时IBUFGDS_GTE2也应该放到上层模块中。

之后如果需要使用多个通道，只需要将剩余的部分多次例化即可，多个通道共用一个QPLL。

在这里插入图片描述

图1 原始RTL视图

1、整理gt_channel模块

首先整理每个通道相关模块，包含复位同步模块、MMCM模块、GTX IP，需要把GTX IP一些不常用的输入端口置为固定电平，输出端口悬空，其余端口引出到上层模块中。

首先把GTX IP输出的复位信号和复位同步模块输出的复位信号合成为GT_COMMON的复位信号输出，将发送通道和接收通道的用户时钟输出，对应代码如下所示。

    assign o_qpllreset = w_commonreset || w_gt_qpll_reset;//生成QPLL复位信号；assign o_rx_clk = gt_rxusrclk2;//将用户时钟信号引出；assign o_tx_clk = gt_txusrclk2;//将用户时钟信号引出；

之后整理时钟生成模块，GTX IP输出的时钟信号TXOUTCLK经过内部的MMCM生成TXUSRCLK等四个时钟信号。由于IBUFGDS_GTE2放到上层模块中，因此可以去除对应的端口和内部信号。

    //例化生成用户时钟的MMCM模块。gtwizard_0_GT_USRCLK_SOURCE u_gt_usrclk_source (.GT0_TXUSRCLK_OUT           ( gt_txusrclk       ),//;.GT0_TXUSRCLK2_OUT          ( gt_txusrclk2      ),//;.GT0_TXOUTCLK_IN            ( gt_txoutclk       ),//;.GT0_TXCLK_LOCK_OUT         ( gt_txmmcm_lock    ),//;.GT0_TX_MMCM_RESET_IN       ( gt_txmmcm_reset   ),//;.GT0_RXUSRCLK_OUT           ( gt_rxusrclk       ),//;.GT0_RXUSRCLK2_OUT          ( gt_rxusrclk2      ),//;.GT0_RXCLK_LOCK_OUT         ( gt_rxmmcm_lock    ),//;.GT0_RX_MMCM_RESET_IN       ( gt_rxmmcm_reset   ) //;);

然后例化复位同步模块，该模块将外部的异步复位信号同步到系统时钟域下，进而可以作为QPLL复位信号之一。

    //例化GT_COMMON复位模块。gtwizard_0_common_reset u_common_reset (    .STABLE_CLOCK       ( sys_clk       ),//Stable Clock, either a stable clock from the PCB.SOFT_RESET         ( i_tx_rst      ),//User Reset, can be pulled any time.COMMON_RESET       ( w_commonreset ) //Reset QPLL);

之后例化GTX IP模块，该模块信号比较多，将DRP、复位完成指示信号、回环模式控制、加重、极性控制、字节对齐指示信号、QPLL和MMCM相关信号引出。眼图测试、txoutclkpcs这些不常用引脚直接置为固定电平或者悬空即可，整理后的代码如下所示。

    //例化GTX IP。gtwizard_0  u_gtwizard_0 (.sysclk_in                      ( sys_clk           ),//系统时钟输入，与DRP时钟频率保持一致。.soft_reset_tx_in               ( i_tx_rst          ),//发送端口的软复位信号。.soft_reset_rx_in               ( i_rx_rst          ),//接收端口的软复位信号。.dont_reset_on_data_error_in    ( 0                 ),//输入数据错误指示信号，高电平有效。.gt0_tx_fsm_reset_done_out      ( o_tx_done         ),//发送数据的状态机复位完成指示信号，高电平有效；.gt0_rx_fsm_reset_done_out      (                   ),//接收数据的状态机复位完成指示信号，高电平有效；.gt0_data_valid_in              ( 1                 ),//输入GT数据有效指示信号。.gt0_tx_mmcm_lock_in            ( gt_txmmcm_lock    ),//用户输出数据时钟信号锁定指示信号。.gt0_tx_mmcm_reset_out          ( gt_txmmcm_reset   ),//用户输出数据时钟信号复位信号。.gt0_rx_mmcm_lock_in            ( gt_rxmmcm_lock    ),//用户输入数据时钟信号锁定指示信号。.gt0_rx_mmcm_reset_out          ( gt_rxmmcm_reset   ),//用户输入数据时钟信号复位信号。.gt0_drpaddr_in                 ( i_drpaddr         ),//input wire [8:0] gt0_drpaddr_in.gt0_drpclk_in                  ( i_drpclk          ),//input wire gt0_drpclk_in.gt0_drpdi_in                   ( i_drpdi           ),//input wire [15:0] gt0_drpdi_in.gt0_drpdo_out                  ( o_drpdo           ),//output wire [15:0] gt0_drpdo_out.gt0_drpen_in                   ( i_drpen           ),//input wire gt0_drpen_in.gt0_drprdy_out                 ( o_drprdy          ),//output wire gt0_drprdy_out.gt0_drpwe_in                   ( i_drpwe           ),//input wire gt0_drpwe_in.gt0_dmonitorout_out            (                   ),//监测端口输出。.gt0_loopback_in                ( i_loopback        ),//回环模式输入端口。.gt0_eyescanreset_in            ( 0                 ),//眼图复位输入。.gt0_rxuserrdy_in               ( 1                 ),//接收数据准备接口，使用IP接收数据时输入高电平。.gt0_eyescandataerror_out       (                   ),//眼图扫描相关信号。.gt0_eyescantrigger_in          ( 0                 ),//眼图扫描相关信号。.gt0_rxclkcorcnt_out            (                   ),//时钟状态监测。.gt0_rxusrclk_in                ( gt_rxusrclk       ),//接收端用户时钟信号。.gt0_rxusrclk2_in               ( gt_rxusrclk2      ),//接收端用户时钟信号。.gt0_rxdata_out                 ( o_rx_data         ),//接收数据信号，位宽与IP配置用户数据位宽保持一致。.gt0_rxdisperr_out              (                   ),//接收数据极性错误指示信号。.gt0_rxnotintable_out           (                   ),//output wire [3:0] gt0_rxnotintable_out.gt0_gtxrxp_in                  ( i_gt_rx_p         ),//接收数据的差分引脚。.gt0_gtxrxn_in                  ( i_gt_rx_n         ),//接收数据的差分引脚。.gt0_rxbyteisaligned_out        ( o_rx_bytealign    ),//接收数据的字节对齐指示信号。.gt0_rxdfelpmreset_in           ( 0                 ),//LPM复位引脚。.gt0_rxmonitorout_out           (                   ),//output wire [6:0] gt0_rxmonitorout_out.gt0_rxmonitorsel_in            ( 0                 ),//input wire [1:0] gt0_rxmonitorsel_in.gt0_rxoutclkfabric_out         (                   ),//output wire gt0_rxoutclkfabric_out.gt0_gtrxreset_in               ( i_rx_rst          ),//RX端复位信号。.gt0_rxpmareset_in              ( i_rx_rst          ),//PMA复位信号。.gt0_rxpolarity_in              ( i_rx_polarity     ),//极性控制。.gt0_rxcharisk_out              ( o_rx_char         ),//接收数据的K码指示信号，高电平表示K码。.gt0_rxresetdone_out            ( o_rx_done         ),//接收器的复位完成指示信号。.gt0_txpostcursor_in            ( i_txpostcursor    ),//发送端的预加重。.gt0_txprecursor_in             ( i_txpercursor     ),//发送端的后加重。.gt0_gttxreset_in               ( i_tx_rst          ),//发送端的复位信号。.gt0_txuserrdy_in               ( 1                 ),//input wire gt0_txuserrdy_in.gt0_txusrclk_in                ( gt_txusrclk       ),//input wire gt0_txusrclk_in.gt0_txusrclk2_in               ( gt_txusrclk2      ),//input wire gt0_txusrclk2_in.gt0_txdiffctrl_in              ( i_tx_diffctrl     ),//差分的幅值控制引脚。.gt0_txdata_in                  ( i_tx_data         ),//用户发送数据输入端口。.gt0_gtxtxn_out                 ( o_gt_tx_n         ),//接收数据的差分引脚。.gt0_gtxtxp_out                 ( o_gt_tx_p         ),//接收数据的差分引脚。.gt0_txoutclk_out               ( gt_txoutclk       ),//output wire gt0_txoutclk_out.gt0_txoutclkfabric_out         (                   ),//output wire gt0_txoutclkfabric_out.gt0_txoutclkpcs_out            (                   ),//PCS时钟输出。.gt0_txcharisk_in               ( i_tx_char         ),//发送数据的K码指示信号。.gt0_txresetdone_out            (                   ),//发送端的复位完成指示信号。.gt0_txpolarity_in              ( i_tx_polarity     ),//发送端的极性控制。.gt0_qplllock_in                ( i_qplllock        ),//input wire gt0_qplllock_in.gt0_qpllrefclklost_in          ( i_qpllrefclklost  ),//input wire gt0_qpllrefclklost_in.gt0_qpllreset_out              ( w_gt_qpll_reset   ),//output wire gt0_qpllreset_out.gt0_qplloutclk_in              ( i_qplloutclk      ),//input wire gt0_qplloutclk_in.gt0_qplloutrefclk_in           ( i_qplloutrefclk   ) //input wire gt0_qplloutrefclk_in);

最终gt_channel模块的RTL视图如下所示。

在这里插入图片描述

图2 gt_channel的RTL视图

2、整理gt_module模块

本次需要使用两个高速收发器，则只需要在该模块内，将gt_channel例化两次，两个模块共用同一个QPLL输出时钟即可。

首先整理IBUFGDS_GTE2和GT_COMMON，如下所示，差分时钟先经过IBUFGDS_GTE2转化为单端时钟，之后通过GT_COMMON生成GTX IP需要的时钟信号，注意QPLL的复位信号只能通过一个gt_channel模块提供。

    //例化IBUFDS，将差分时钟输入转换为单端时钟。IBUFDS_GTE2 u_IBUFDS_GTE2(.O      ( gtrefclk          ),//输出单端时钟信号；.ODIV2  (                   ),//输出二分频单端时钟信号；.CEB    ( 0                 ),//输出时钟使能信号，低电平有效；.I      ( i_gtrefclk_p      ),//输入的差分时钟对；.IB     ( i_gtrefclk_n      ) //输入的差分时钟对；);//例化QPLLgtwizard_0_common #(.SIM_QPLLREFCLK_SEL     ( 3'b001            ) //时钟选择。)u_common (.QPLLREFCLKSEL_IN       ( 3'b001            ),//选择BANK的时钟0作为QPLL时钟输入。.GTREFCLK0_IN           ( gtrefclk          ),//BANK的时钟0；.GTREFCLK1_IN           ( 1'b0              ),//BANK的时钟1；.QPLLLOCKDETCLK_IN      ( sys_clk           ),.QPLLLOCK_OUT           ( w_qplllock        ),//QPLL时钟锁定端口；.QPLLOUTCLK_OUT         ( w_qplloutclk      ),//QPLL时钟输出端口；.QPLLOUTREFCLK_OUT      ( w_qplloutrefclk   ),//QPLL参考时钟端口；.QPLLREFCLKLOST_OUT     ( w_qpllrefclklost  ),//QPLL时钟；.QPLLRESET_IN           ( w_qpllreset       ) //QPLL时钟复位端口；);

之后只需要例化两个gt_channel模块，就可以使用两通道的高速收发器，整个模块的例化如下所示。

    //例化通道0的GT收发器模块；gt_channel u_gt_channel_0(.sys_clk            ( sys_clk           ),//系统时钟输入，与DRP时钟频率保持一致。.i_rx_rst           ( i_0_rx_rst        ),//接收数据端复位信号;.i_tx_rst           ( i_0_tx_rst        ),//发送数据端复位信号;.o_tx_done          ( o_0_tx_done       ),//发送端口复位完成指示信号;.o_rx_done          ( o_0_rx_done       ),//接收数据端口复位完成指示信号;.i_tx_polarity      ( i_0_tx_polarity   ),//发送数据极性控制引脚;.i_tx_diffctrl      ( i_0_tx_diffctrl   ),//差分幅值控制引脚;.i_txpostcursor     ( i_0_txpostcursor  ),//发送数据前加重调节信号;.i_txpercursor      ( i_0_txpercursor   ),//发送数据后加重信号;     .i_rx_polarity      ( i_0_rx_polarity   ),//接收数据极性控制引脚;.i_loopback         ( i_0_loopback      ),//回环模式信号;.i_drpaddr          ( i_0_drpaddr       ),//动态设置参数端口;.i_drpclk           ( i_0_drpclk        ),//动态设置参数端口;.i_drpdi            ( i_0_drpdi         ),//动态设置参数端口; .o_drpdo            ( o_0_drpdo         ),//动态设置参数端口; .i_drpen            ( i_0_drpen         ),//动态设置参数端口;.o_drprdy           ( o_0_drprdy        ),//动态设置参数端口; .i_drpwe            ( i_0_drpwe         ),//动态设置参数端口;.i_qplllock         ( w_qplllock        ),//QPLL时钟锁定端口; .i_qpllrefclklost   ( w_qpllrefclklost  ),//QPLL时钟端口信号; .o_qpllreset        ( w_qpllreset       ),//QPLL时钟复位端口;.i_qplloutclk       ( w_qplloutclk      ),//QPLL时钟输出端口; .i_qplloutrefclk    ( w_qplloutrefclk   ),//QPLL参考时钟端口; .o_rx_bytealign     ( o_0_rx_bytealign  ),//接收数据字节对齐指示信号;.o_rx_clk           ( o_0_rx_clk        ),//接收数据时钟信号;.o_rx_data          ( o_0_rx_data       ),//接收数据，位宽与IP设置保持一致;.o_rx_char          ( o_0_rx_char       ),//接收数据K码指示信号，高点破表示对应字节数据时K码;.o_tx_clk           ( o_0_tx_clk        ),//发送数据时钟信号;.i_tx_data          ( i_0_tx_data       ),//发送数据，位宽与IP设置保持一致;.i_tx_char          ( i_0_tx_char       ),//发送数据K码指示信号，高点破表示对应字节数据时K码;.o_gt_tx_p          ( o_0_gt_tx_p       ),//GT发送数据的差分信号对;.o_gt_tx_n          ( o_0_gt_tx_n       ),//GT发送数据的差分信号对;.i_gt_rx_p          ( i_0_gt_rx_p       ),//GT接收数据的差分信号对;.i_gt_rx_n          ( i_0_gt_rx_n       ) //GT接收数据的差分信号对;    );//例化通道1的GT收发器模块；gt_channel u_gt_channel_1(.sys_clk            ( sys_clk           ),//系统时钟输入，与DRP时钟频率保持一致;.i_rx_rst           ( i_1_rx_rst        ),//接收数据端复位信号;.i_tx_rst           ( i_1_tx_rst        ),//发送数据端复位信号;.o_tx_done          ( o_1_tx_done       ),//发送端口复位完成指示信号;.o_rx_done          ( o_1_rx_done       ),//接收数据端口复位完成指示信号;.i_tx_polarity      ( i_1_tx_polarity   ),//发送数据极性控制引脚;.i_tx_diffctrl      ( i_1_tx_diffctrl   ),//差分幅值控制引脚;.i_txpostcursor     ( i_1_txpostcursor  ),//发送数据前加重调节信号;.i_txpercursor      ( i_1_txpercursor   ),//发送数据后加重信号;     .i_rx_polarity      ( i_1_rx_polarity   ),//接收数据极性控制引脚;.i_loopback         ( i_1_loopback      ),//回环模式信号;.i_drpaddr          ( i_1_drpaddr       ),//动态设置参数端口;.i_drpclk           ( i_1_drpclk        ),//动态设置参数端口;.i_drpdi            ( i_1_drpdi         ),//动态设置参数端口; .o_drpdo            ( o_1_drpdo         ),//动态设置参数端口; .i_drpen            ( i_1_drpen         ),//动态设置参数端口;.o_drprdy           ( o_1_drprdy        ),//动态设置参数端口; .i_drpwe            ( i_1_drpwe         ),//动态设置参数端口;.i_qplllock         ( w_qplllock        ),//QPLL时钟锁定端口; .i_qpllrefclklost   ( w_qpllrefclklost  ),//QPLL时钟端口信号; .o_qpllreset        (                   ),//QPLL时钟复位端口，一个bank只需要一个通道输出QPLL复位即可。.i_qplloutclk       ( w_qplloutclk      ),//QPLL时钟输出端口; .i_qplloutrefclk    ( w_qplloutrefclk   ),//QPLL参考时钟端口; .o_rx_bytealign     ( o_1_rx_bytealign  ),//接收数据字节对齐指示信号;.o_rx_clk           ( o_1_rx_clk        ),//接收数据时钟信号;.o_rx_data          ( o_1_rx_data       ),//接收数据，位宽与IP设置保持一致;.o_rx_char          ( o_1_rx_char       ),//接收数据K码指示信号，高点破表示对应字节数据时K码;.o_tx_clk           ( o_1_tx_clk        ),//发送数据时钟信号;.i_tx_data          ( i_1_tx_data       ),//发送数据，位宽与IP设置保持一致;.i_tx_char          ( i_1_tx_char       ),//发送数据K码指示信号，高点破表示对应字节数据时K码;.o_gt_tx_p          ( o_1_gt_tx_p       ),//GT发送数据的差分信号对;.o_gt_tx_n          ( o_1_gt_tx_n       ),//GT发送数据的差分信号对;.i_gt_rx_p          ( i_1_gt_rx_p       ),//GT接收数据的差分信号对;.i_gt_rx_n          ( i_1_gt_rx_n       ) //GT接收数据的差分信号对;    );

后续如果要使用多通道的收发器，只需要在该模块下，多次例化gt_channel模块即可。

gt_module的RTL视图如下所示。

在这里插入图片描述