Xilinx FPGA测试光纤通信质量---IBERT

眼镜一米二

叁芯智能科技FPGA就业班08月开班中

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       本篇主要讨论Xilinx FPGA测试光纤通信质量---IBERT。

       在FPGA开发设计时，某些情况需要进行光纤通信。开发光纤通信的板卡上一般都会有一个类似于下图的“东西”。

       在它的旁边一般会标注“SFP”，SFP （Small Form Pluggable） 可以简单理解为GBIC(Gigabit Interface Converter的缩写)升级版本，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件，可以热插拔使用。GBIC是一种符合国际标准的可互换产品。采用GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场份额。

       其实他只是一个四面漏风的筒子，里面主要是连接了几个银角，这些银角连接到了FPGA上面。

       内部有20个管脚，和FPGA相连接的一般只有这么几个：18、19为一对发送数据的差分数据线；3为发送禁止信号（发送时需要给低电平，有的设计者在设计板卡时，可能直接将此信号接地，那么FPGA也就无需控制了）；12、13为一对接收数据的差分数据线；8为外部输入光功率低信号（如果光功率低，数据一般出错，我们分析数据也会知道，所以一般不使用这个信号）；

       发送数据的差分数据线和接收数据的差分数据线会接到FPGA的高速bank（A735T的216bank）上面。发送禁止信号一般会接到一个普通的io bank上面。

       我手里的板卡上面有两个光口，用的就是tx0（px0）和tx1（px1）这两个通道。

       这个一个四面漏风的筒子，FPGA也仅仅只能够发出电信号，他是如何变为光信号的呢？

       此时我们需要一个光电转换模块（有很多的速度类型和封装类型）；

       它可以插到板卡上面那个“筒子”里面，他的作用就是将FPGA发出的电信号转为光信号，将接收到光信号转换为电信号。然后将下面的黑色塞子拔掉，插上光纤即可。在进行开发设计时，发送端的发送要和接收端的接收进行链接。

       我手里的板卡有两路光通信接口，我是直接用光纤做了一个链接。如果开发项目时，可以用两块板卡进行测试。

       硬件链接好后，不建议直接对用应用进行开发，建议首先进行光链路和底层高速收发器的测试，别到时候因为硬件的问题而耽误了开发的进度。

    Xilinx给我们提供了一个ip----IBERT。

    IBERT （Integrated Bit ErrorRatio Tester，集成误比特率测试工具），是Xilinx提供用于调试FPGA高速串行接口比特误码率性能的工具，最常用在GT 高速串行收发器测试 。

   

    其实就是发送端发送一些固定的随机值，观测接收端能否接收到。根据接收到错误和正确的数据的个数给出一个误码率，也可以绘制出一个眼图，供给设计者评判通信链路的情况。

     下面给出ibert这个ip的使用过程（以我手里的板卡为例：A7 35T）。

      1. 利用vivado建立一个新工程，工程名字：a7_35t_ibert_test

      2. 打开ip catalog，搜索IBERT，双击打开 IBERT 7 Series GTP。

    3. 选择对应的线速度和参考时钟（其他保持默认）。

    LineRate：线速率，也就是我们准备光纤上跑的线速度，这里输入5（根据自己的需求和FPGA支持选择一个）。

Refclk：参考时钟，选择125.00（这个要看自己的板卡在设计的时候，选择的是那一个晶振）；

       Quad Count：四通道数量，作者的A7的FPGA只有一个四通道。

       4. 选择协议和参考时钟信息（其他保持默认）。

       Protocol Selected：协议选择为Custom，自定制即可。Refclk：选择自己板卡对应连接的通道（在3中，说明为125M以及连接在MGTREFCLK1上面）。

    5. 配置运行时钟

     选择由GTP产生的，这样就不需要外部收入了，也相对比较简单（其他保持默认）。

    6. 到此配置完毕，点击OK即可，生成对应的ip。
    7. 右击生成的ip，选择Open IP Example Design...

   8. 点击OK即可。此时会生成另外一个vivado工程，我们切换到那个界面。

    9. 打开顶层文件，并在端口中加上两个（作者板卡有两个SFP接口）输出sfp_tx_disable（作者的板卡的SFP输出接口需要拉低此端口，如果自己板卡上面的tx_disable直接接地了，那就不需要设置了，直接调过9、10步骤），并且加上输出逻辑为0；

       注意添加端口后，原来最后一个，就不是最后一个记得加逗号。

       10. 分配管脚和电平标准，保存后，生成bit流，连接好光纤，做好下板的准备，并且下板。

       注：如果是两个板卡通信，记得两个板卡都需要做对应的操作。
       这个要看自己板卡的设计，选择对应的io和电平标准。

       11. 下板后，可以看到如下界面。

       可以看到PLL已经锁定；通道0和通道1正在通信，并且检测到线速度为5G（与我们设计的相同）。

       12. 选择创建links。

       13. 选择正确的发送和接收，点击OK。

       作者这里是0通道的发送给1通道的接收，1通道的发送给0通道的接收。（其他设计可以按照自己的选择，我这边选择0发1收）。

       14. 刚刚打开可能会有误码，可以复位一下看看，如果还是有误码的话，怀疑线路有一定的问题。

       没有复位之前：

       复位之后：

       等一段时间，错误率一直为0；

       15. 观测眼图，右击Link 0 ，选择Create Scan，然后点击OK。

       根据眼图的一些信息，可以评估通信线路的好坏。

       16. 如果是两个板卡（通道）进行通信时，我们也可以利用GTP自带的一些回环模式进行测试。

       上图中是A、B两个端口在互相通信，我们站在A端口的角度去考虑。

       如果A端口的tx PCS发送给A端口RX PCS，称为近端PCS回环。

       如果A端口的TX PMA发送给A端口RX PMA，称为近端PMA回环。

       如果B端口的RX PMA发送给B端口的TX PMA，称为远端PMA回环。

       如果B端口的RX PCS发送给B端口的TX PCS，称为远端PCS回环。

       在这里，可以将B设置为远端PCS回环，那么A端就是自发自收，带着所有的双方收发器和通信线路。

       创建两个link，一个A发A收，一个B发B收的link，然后将B设置为远端PCS回环。复位A端口，观测错误率。

注：使劲儿向后拉，否则显示不出来。

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