[發明專利]基于FPGA的高速串行接口

有效

• 申請號: 201210266161.6
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102761396A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 劉大同;彭宇;劉連勝;劉川;見其拓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L29/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

1.基于FPGA的高速串行接口，其特征在于，FPGA內部構建串行接口，所述串行接口通過SFP模塊與外界實現通信，

所述基于FPGA的高速串行接口包括收發器模塊(1)、收發器控制模塊(2)、RX_FIFO(3)、TX_FIFO(4)、分析模塊(5)、接收通道控制模塊(6)和發送通道控制模塊(7)，

收發器模塊(1)由接收器(1-1)和發送器(1-2)組成，

接收器(1-1)：用于將接收到的高速串行數據解碼并轉換為低速的并行數據，并將該并行數據發送給收發器控制模塊(2)；

發送器(1-2)：用于將從收發器控制模塊(2)接收的低速的并行數據按相應的編碼轉換為高速的串行數據輸出；

收發器控制模塊(2)：用于完成收發器模塊(1)的初始化和控制信號的生成、信號的編碼與解碼、FC底層協議的實現以及對RX_FIFO(3)和TX_FIFO(4)的讀寫相關控制；

RX_FIFO(3)：用于存儲收發器控制模塊(2)寫入的數據，并提供給分析模塊(5)讀取；

TX_FIFO(4)：用于存儲分析模塊(5)發送的數據，并提供給收發器控制模塊(2)讀取；

數據被分析模塊(5)：用于從RX_FIFO(3)中讀取數據，并對所述數據進行分析處理后通過接收通道控制模塊(6)發送給PFGA內部的模塊；還用于將發送通道控制模塊(7)發送的有效數據寫入TX_FIFO(4)。

2.根據權利要求1所述基于FPGA的高速串行接口，其特征在于，收發器模塊(1)選用Altera公司的Quartus?II生成的IP核。

3.根據權利要求1所述基于FPGA的高速串行接口，其特征在于，收發器控制模塊(2)由初始化狀態機、FC傳輸字同步狀態機和FC端口狀態機共同完成。

4.根據權利要求3所述基于FPGA的高速串行接口，其特征在于，初始化狀態機包括：

空閑狀態：在下個時鐘周期轉換到節電模式；

節電模式：啟動節電模式，當節電完成信號為低電平表示節電未完成時，進行自循環；當檢測到節電完成信號位高電平表示節電模式完成時，進入模擬復位狀態；

模擬復位狀態：用于實現模擬復位操作，模擬復位完成物理介質接入層的所有模擬電路的復位；當模擬復位操作完成時，進行數字復位狀態；

數字復位狀態：用于實現數字復位操作，數字復位完成物理編碼子層的所有數字邏輯的復位；當數據復位完成時，進入對齊狀態；

對齊狀態：用于實現將接收到的串行數據按FC協議的數據編碼方式對齊的功能，當檢測到對齊完成信號以確定完成數據對齊時，進入監測狀態；

監測狀態：用于接收FC協議有效數據和控制信號信號；當接收錯誤或光纖數據丟失或接收通道頻率未鎖存時，進入空閑狀態。

5.根據權利要求3所述基于FPGA的高速串行接口，其特征在于，FC傳輸字同步狀態機包括同步狀態和失步狀態，收發器控制模塊(2)的初始狀態為失步狀態，

失步狀態：當收發器控制模塊(2)檢測到連續三個同步有序集時，進入同步狀態；

同步狀態：當收發器控制模塊(2)檢測到連續四個無效有序集或檢測到丟失信號時，收發器控制模塊(2)進入失步狀態。

6.根據權利要求3所述基于FPGA的高速串行接口，其特征在于，FC端口狀態機包括：

離線發送狀態：FC端口狀態機進入此狀態以完成實現鏈路初始化協議以退出離線狀態；和通過在線離線協議實現在線狀態到離線狀態的轉換，

FC端口狀態機進入離線發送狀態時，會發送一段最短為5毫秒的離線原語序列，這段時間內忽略所有接收到的數據，當未檢測到原語和等待5ms未完成時，進行自循環；當檢測到離線原語和等待5ms未完成時，進入離線接收狀態；當檢測到無操作原語和等待5ms未完成時，進入無操作接收狀態；當檢測到鏈路恢復原語和等待5ms未完成時，進入鏈路恢復接收狀態；當等待5ms完成時進入等待離線狀態；

離線接收狀態：檢測原語，當檢測到的原語是無操作原語時，進入無操作接收狀態；當檢測到的原語是鏈路恢復原語時，進入鏈路恢復接收狀態；

等待離線狀態：FC端口處于此狀態時，會發送無操作原語序列；當未檢測到原語時，進行自循環；當檢測到離線原語時，進入離線接收狀態；當檢測到無操作原語時，進入無操作接收狀態；當檢測到鏈路恢復原語或鏈路恢復響應原語時，進入無操作發送狀態；

無操作接收狀態：FC端口狀態機進入此狀態時會更新相應的錯誤計數器；當未檢測到原語時，進行自循環；當檢測到離線原語時，進入離線接收狀態；當檢測到鏈路恢復原語時，進入鏈路恢復接收狀態；

無操作發送狀態：FC端口狀態機進入此狀態時會更新相應的錯誤計數器。FC端口處于此狀態時，會發送無操作原語序列；當未檢測到原語時，進行自循環；當檢測到離線原語時，進入離線接收狀態；當檢測到無操作原語時，進入無操作接收狀態；

鏈路恢復發送狀態：FC端口狀態機進入鏈路恢復發送狀態以實現FC端口鏈路復位協議的初始化。FC端口處于此狀態時，會發送鏈路恢復原語序列；當未檢測到原語時，進行自循環；當檢測到離線原語時，進入離線接收狀態；當檢測到無操作原語時，進入無操作接收狀態；當檢測到鏈路恢復原語時，進入鏈路恢復接收狀態；當接收到鏈路恢復響應原語時，進入鏈路恢復響應接收狀態；

鏈路恢復接收狀態：端口狀態機處于該狀態時，端口會發送鏈路恢復響應原語序列；當未檢測到原語時，進行自循環；當檢測到離線原語時，進入離線接收狀態；當檢測到無操作原語時，進入無操作接收狀態；當檢測到鏈路恢復響應原語時，進入鏈路恢復響應接收狀態；當檢測到空閑原語信號時，進入激活狀態；

鏈路恢復響應接收狀態：端口狀態機處于該狀態時，端口會發送空閑原語序列。當未檢測到原語時，進行自循環；當檢測到離線原語時，進入離線接收狀態；當檢測到無操作原語時，進入無操作接收狀態；當檢測到鏈路恢復原語時，進入鏈路恢復接收狀態；當檢測到空閑原語信號時，進入激活狀態；

激活狀態：當端口狀態機處于激活狀態時，FC端口可以發送和接受數據幀和原語序列；當檢測到數據幀或原語序列時，端口保持激活狀態；當檢測到離線原語時，進入離線接收狀態；當檢測到無操作原語時，進入無操作接收狀態；當檢測到鏈路恢復原語時，進入鏈路恢復接收狀態；當檢測到鏈路恢復響應原語時，進入鏈路恢復響應接收狀態。