Virtex-5 FPGA实现的高速串行传输系统设计

本文介绍了一种基于Virtex-5 FPGA的高速串行传输系统设计，该系统采用AURORA协议，旨在实现计算机与外部设备之间的高速、稳定通信。通过解决关键设计问题，系统提高了传输速率和稳定性。 正文： 在现代通信和数据处理系统中，高速串行传输技术因其高传输速率和低设计成本而备受青睐。随着网络技术的飞速发展，数据交换和传输的需求不断增长，特别是在需要高速远程传输的领域，如雷达、气象和航天等，对信号传输的稳定性和实时性要求极高。传统的并行传输方式已无法满足这些需求，因为并行传输的多条信号线易受串扰，限制了传输速度。相比之下，串行传输技术能够提供更高的传输速率，同时减少信号线的数量，降低了系统的复杂度和成本，适应了高频率远距离数据通信的挑战。 Virtex-5 FPGA（Field-Programmable Gate Array）是Xilinx公司的一款高性能可编程逻辑器件，常用于高速串行传输系统的开发。在这个设计中，Virtex-5 FPGA作为核心处理器，实现了AURORA协议，这是一种专为高速串行数据通信设计的协议，提供了高效的数据包管理和错误检测机制，确保了数据的可靠传输。 系统结构包括多个关键组成部分，如高速光电转换电路，用于将光信号转化为电信号；FPGA数据处理电路，负责处理和控制数据流；DDRⅡ数据缓存电路，用于临时存储大量数据，提高系统响应速度；时钟管理电路，保证系统时序的一致性；PCIE传输模块电路，实现与计算机的高速接口；电源模块电路，为整个系统提供稳定的电源；以及自定义扩展接口电路，允许连接其他外部设备。 系统设计的关键技术要求包括：四个光纤通道的传输速率需超过2Gb/s，PCIE接口的传输速率至少为6Gb/s，并支持DMA（Direct Memory Access）传输，以实现高效的数据搬移；同时，光纤和PCI-E传输的误码率必须低于1×10-10，以保证数据传输的准确性；此外，系统需要保持长时间的稳定传输，以满足实际应用的需求。 图1展示了系统的整体架构，它清晰地描绘了各个模块之间的关系和数据流动路径。通过这样的设计，系统能够有效地应对高数据速率的挑战，实现高性能的串行传输，为各种高速数据通信应用提供了解决方案。这种基于FPGA的串行传输系统设计，不仅在当前，而且在未来，都将对高速通信领域产生深远的影响。