RocketIOTM GTP在串行高速接口中的位宽设计

摘要：Virtex-5 RocketI0TM GTP是Xilinx公司根据高速串行接口开发市场对高性能GTP的特殊要求而开发的一款具有通用性、易用性、低功耗和低成本特性的GTP收发器。文章针对Virtex-5 RocketIOTM GTP收发器的串行高速系统接口开发过程中位宽转换的几个技术问题提出了解决方案，并以SATA2．0开发为例，通过Xilinx Virtex-5 XC5VLX50T FPGA验证方案进行了可行性验证。
关键词：RocketI0TM；GTP；串行高速；位宽转换

0 引言
二十世纪六七十年代，集成电路技术取得了大幅进步，大量元件可以集成到一个小小的芯片上，因此，当时的计算机系统便开始普遍采用并行通讯处理机制。但是，随着技术进步和速度需求的提升，人们发现，并行通讯也存在很多弊端，比如码间串扰，时钟混乱，传输距离受限，传输线造价高等。
最近几年，在接口互联技术范围内，高速串行接口正在迅速取代并行拓扑结构而成为流行的接口标准。当今很多公用互连标准(如USB，PCIExpress，Serial ATA)都是基于串行传输来实现速度的跃升。串行接口技术的开发也迅速在全世界走红。
为了迎合串行高速接口技术开发的广阔前景，Xilinx公司在推出的Virtex-5 FPGA以及配套的Virtex-5 RocketIOTM GTP收发中开始支持多种协议，如SATA2．0传输协议。SATA (Serial ATA)，即串行高级技术附加装置，该协议于2001年发布，是目前主流的主机硬盘互联标准，该标准采用差分信号串行传输数据，进而解决了IDE硬盘由于串扰而导致的传输速率受限问题。2002年，Serial ATA委员会确立的Serial ATA 2．0规范可对外提供3．0Gb／s的传输速率，并支持热插拔NCO，磁盘阵列等功能。2005年，SATA2．0产品正式上市。此外，Virtex-5 Rock-etI0TM GTP收发器还可以完成内部8B／10B转换，但是，Virtex-5 RocketIOTMGTP进行8B／10B转换时，处理的目标数据以字节为单位，即并行数据接收端的最大位宽为16bit，而SATA2．0协议中定义的数据处理单位是双字(DW：Double Words)，同时，FPGA中设计的数据处理逻辑也是根据协议的要求而定义为75MHz的时钟域来进行处理，因此，在将数据交给FPGA中的数据处理主体逻辑之前，还必须进行等速率的时钟域和位宽的转换。
为此，本文在对Virtex-5 RocketIOTM GTP进行了解的基础上，针对串行高速接口开发中位宽不匹配的问题，提出了一种位宽转换方法，以解决Virtex-5 RocketI0TM GTP无法直接应用于某些串行高速接口开发的问题，并就SATA2．0接口开发中该问题的解决方案进行详细阐述。

1 SATA2．0协议数据的相关操作结构
根据SATA2．0协议规定，系统进行数据操作和传输时的基本单位是Dword (Double、word)，共计32 bit，由低有效字wordO和高有效字wordl组成，也可以看做是由byte0～byte3四个有效字节组成。其相互关系如图1所示。

原语(primitive)是主机与设备间链路层交互的载体，一般由一个带有控制字符byteO和附加字符bvtel―byte3的Dword组成，SATA2．0协议将原语的byte0称为K字符，将附加字符bytel一byte3称为D字符，由不同的K字符和D字符可以构成原语组。字符内容由8B／10B转换中的6―4分组确定。其原语组的编码如表1所列。