FPGA设计PCI-Express:时序模型解析
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更新于2024-08-17
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"本文介绍了基于FPGA设计PCI-Express时序模型的相关知识,涵盖了PCIe技术、差分信号、系统同步、源同步和自同步的概念及其优缺点。"
在设计基于FPGA的高速IO技术时,PCI Express(PCIe)是一种广泛应用的接口标准。PCIe技术是一种点对点连接,它提供了比传统PCI更高的带宽和更低的延迟。基本的I/O概念包括单端输入和差分信号。单端输入在两个IC间仅用一个信号线,而差分信号使用一对标记为V+和V-的线路,通过比较两者电平差异来确定信号极性。随着通信速度的提升,差分信令因其抗干扰能力、EMI抑制和时序定位精确性而逐渐成为主流。
时序模型是理解高速通信的关键,主要包括系统同步、源同步和自同步三种模型。系统同步是指驱动端和接收端共享一个系统时钟,确保数据传输的精确性。然而,随着速度的提高,延时管理变得复杂,这时源同步应运而生。源同步模式下,数据和时钟副本一起发送,减少了时序约束,但可能导致时钟域数量增加,给FPGA或ASIC设计带来挑战。对于大型并行总线设计,还需要处理多个转发时钟和数据线长度匹配的问题。
相反,自同步技术允许发送芯片生成的数据流包含数据和时钟信息,这样接收芯片可以独立恢复时钟。自同步接口通常包括并串转换(如SERDES)、串并转换和时钟数据恢复(PLL)三个模块。并串转换器利用移位寄存器和回转选择器,将并行数据转换为串行数据;串并转换则将串行数据重新转化为并行数据,便于系统内部处理;时钟数据恢复模块能够从数据流中恢复时钟,实现数据的准确接收。
在设计基于FPGA的PCIe系统时,理解并合理应用这些时序模型至关重要。每个模型都有其适用场景和局限性,需要根据具体需求和设计条件选择合适的方法。此外,优化时序模型和处理好时钟同步问题,是确保PCIe接口性能的关键,也是FPGA设计人员必须掌握的核心技能。
2021-07-13 上传
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顾阑
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