FPGA实现的PCIe总线设计：自同步架构与关键技术

本文主要探讨了基于FPGA的PCI-Express (PCIe) 总线设计中的关键概念和技术，特别关注了高速IO技术以及PCIe技术的应用。首先，文章介绍了基本的I/O概念，区分了单端输入和差分信号。单端输入利用单一信号进行逻辑判断，而差分信号通过一对导线V+和V-传输，具有抗干扰、抑制EMI和精确时序定位的优势，尤其适用于长距离传输，但在近距离的PCB芯片间通信中，传统上较少使用。 随着电子设备通信速度的提升，设计者开始寻求更高带宽的信令方法，如差分信令。文章详细解释了系统同步、源同步和自同步三种时序模型。系统同步是指所有通信双方共享同一系统时钟，但这种方式可能导致时钟域数量增加，对FPGA和ASIC等硬件资源构成挑战。源同步通过在数据发送时同时发送时钟副本，简化了时序控制，但可能会增加电路复杂性和时序约束问题，尤其是在大型并行总线设计中。 自同步则是发送芯片在数据流中嵌入时钟信息，无需额外的时钟信号。自同步接口的核心模块包括并串转换（SERDES/MGTs），即可装载移位寄存器和回转选择器的逻辑结构；以及串并转换，确保数据的正确接收。时钟数据恢复（PLL）模块则负责在接收端恢复原始时钟信号。 总结来说，这篇文章深入剖析了基于FPGA的PCIe总线设计中，如何通过各种高速IO技术和时序模型优化性能，同时强调了在实际应用中需要考虑的复杂性与挑战。对于从事FPGA设计和高速接口技术的工程师而言，理解和掌握这些技术对于实现高效、可靠的系统通信至关重要。