[發明專利]一種基于FPGA的高速串行收發系統

有效

• 申請號: 201811366365.0
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109408446B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 胡瑾賢;黎仁剛;李宏圓;顧軍;李春來;王寧
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二三研究所
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

1.一種基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，包括串行收發器組、數據發送模塊、數據接收模塊、發送端復位控制模塊、接收端復位控制模塊；

數據發送模塊內包含同步幀合成模塊和數據加擾模塊，同步幀合成模塊用于合成同步幀數據，數據加擾模塊用對原始數據進行加擾形成加擾數據；

串行收發器組包含N個收發器，N2，數據發送模塊使用其中一個收發器作為同步幀數據收發器，用于同步幀數據的發送；數據發送模塊使用另外N-1個收發器作為數據收發器，用于加擾數據的發送；

數據接收模塊包含同步幀解析模塊、數據解擾模塊、數據同步模塊；同步幀解析模塊根據同步幀數據解析出同步控制信號；數據同步模塊使用所述同步控制信號對加擾數據進行對齊操作；數據解擾模塊根據對齊后的加擾數據恢復出數據發送模塊發送的原始數據；

發送端復位控制模塊完成收發器組復位，發送端復位控制模塊內部的狀態機給出復位信號后，若在設定的等待時間內未完成收發器組的復位，則回到初始狀態重啟復位流程；收發器組完成復位后，設置收發器內部時鐘相位參數，當時鐘相位對齊后，發送端復位控制模塊完成數據發送模塊的復位；發送端復位控制模塊完成各項復位工作后繼續監視復位控制信號和鎖相環鎖定狀態，判斷是否需要重啟發送端的復位流程。

2.如權利要求1所述的基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，參考時鐘由同步幀數據收發器時鐘管腳輸出后經FPGA內嵌鎖相環濾波后作為基準時鐘提供給數據發送模塊、數據接收模塊以及各收發器；外部輸入的全局時鐘經FPGA內嵌鎖相環濾波后提供給發送復位控制模塊和接收復位控制模塊。

3.如權利要求1所述的基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，接收端復位控制模塊由狀態機完成，接收端復位控制模塊在收發器組復位完成后，完成數據接收模塊的復位，并繼續監視鎖相環鎖定狀態信號和數據接收模塊給出的數據對齊標志信號，判斷是否需要重啟接收端復位流程。

4.如權利要求1所述的基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，在N-1路原始數據被加擾后，同時送達給同步幀合成模塊以及各通道對應的數據收發器，并行的加擾數據經過數據收發器串化后發送到各個傳輸通道上；同時，同步幀合成模塊為加擾后的數據添加同步幀頭和同步控制信息后形成同步幀數據，并將同步幀數據發送給幀同步收發器，幀同步收發器對同步幀數據串化后發送到對應的傳輸通道上。

5.如權利要求4所述的基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，同步幀數據包括幀頭和數據字段；幀頭由三個時鐘節拍組成，依次為同步幀頭0、同步幀頭1、同步控制信息；其中，同步幀頭0與同步幀頭1用于標識同步幀的開始；幀頭之后的數據字段依次放置各通道的加擾數據，每個通道的加擾數據占用4個時鐘節拍。

6.如權利要求1所述的基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，接收端收發器組將傳輸通道上的串行數據恢復成N-1路加擾數據和一路同步幀數據；同步幀數據送給同步幀解析模塊，同步幀解析模塊內的狀態機解析出同步信息；數據同步模塊利用同步信息將接收的加擾數據進行數據對齊；對齊后的加擾數據送給數據解擾模塊進行數據恢復，得到原始數據流。

7.如權利要求1所述的基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，同步幀解析模塊內同步流程由狀態機實現，狀態機復位后，首先在同步數據幀內尋找幀頭，超過設定時間未找到幀頭的，則通過移位緩沖池滑動搜索數據窗，改變同步幀數據延遲，并再次尋找幀頭；找到幀頭后進入等待幀頭鎖定狀態，并持續跟蹤幀頭位置，連續找到幀頭的數量到達預設門限后，進入同步幀鎖定狀態；在同步幀鎖定狀態，狀態機持續監視同步幀通道的數據狀態，在每個固定位置判斷同步幀頭0和同步幀頭1是否正確，若均正確，則根據同步幀數據內的數據解析出各通道的同步信息與控制命令，否則進入對應的錯誤計數狀態，當連續錯誤個數超過預設門限時，重新開始同步流程。

8.如權利要求1所述的基于FPGA的高速串行收發系統，其特征在于，數據同步模塊內同步流程由狀態機實現，N-1個數據通道分別由N-1個狀態機獨立控制完成數據同步；狀態機在幀同步完成后，各狀態機等待下一個同步幀數據的起始位置的到來；進入數據比較流程后將某數據通道連續4個時鐘節拍的數據與同步幀數據內對應位置的數據進行比較，如果比較結果均一致，表示該通道數據已經完成相對于同步幀數據的對齊工作，如果存在數據失配，則失配計數器加1，當失配計數值超過預設門限時，則滑動緩沖池改變數據搜索窗口的延時，再次進入上述同步流程；當某通道完成數據對齊后，給出狀態標志信號，狀態機進入數據監視階段，實時監測各通道的數據傳輸狀況。