使用ISERDES接收高速串行数据

上一篇讲到了Idelay，那么SERDES（Serialization/De-serialization）也可以顺带介绍一下。高速信号传输过程中，并行传输因为线路同步难，抗干扰性差等缺点逐渐被串行技术取代；通过提高传输速率的方法，串行传输也可以实现很高的传输速度。

但是，在内部处理信号时，数据信号往往是多bit信号，而传输过程中需要用到单bit串行传输技术，所以，中间需要有一个转换器，实现并串转换，这就需要用到SERDES技术。

从Virtes-4系列FPGA开始，Xilinx公司的FPGA支持LVDS电平和内置的SERDES原语，所以本文适用Virtes-4及后续系列FPGA。

本文将介绍ISERDES的IP核生成，ISERDES原语介绍，Bitslip使用以及最终的仿真结果。

这次我们可以使用IP核简化ISERDES原语的配置，找到SelectIO IP核的配置，然后使用简化设置，如下：

数据总线设置

简单来说，

Interface Template：接口模板，本次数据传输并不符合预设的协议，所以选择Custom

Data BUS Direction：接收数据-> input

Data Rate: 数据总线是SDR还是DDR，DDR内容可以看（LVDS差分信号简单处理）2. DDR信号的处理

Serialization Factor: 串化因子，也就是需要把串行信号转换成多少bit的并行数据；

SDR Rate：可设为2,3,4,5,6,7,8； DDR Rate：可设为4,6,8,10,14；

External Data Width: 外部输入数据的位宽，默认设1

I/O signaling:设置差分还是单端以及IO电压标准

时钟设置

简单来说，

Clock Signaling：

时钟信号是差分还是单端以及IO电压标准

Clock Strategy：

External Clock：

IP核内部产生并行时钟

Internal Clock：

IP核需要手动输入并行时钟

在xilinx的UG471文档的P152中，提到了ISERDES的时钟要求，可以说是要求串行钟和并行钟要求相位对齐，需要注意

数据和延时设置

数据延时部分，这个地方先不做设置。

Summary

生成IP核之后，可以找到IP核最底层的verilog文件，它的内部实现的核心部分是ISERDES2，为此我们需要知道ISERDES2的参数内容；

ISERDES2的属性中，重点关注的是以下几个：

DATA_RATE: 数据速率还是SDR还是DDR

DATA_WIDTH：参考上面数据总线设置的内容

INTERFACE_TYPE：接口类型，默认使用"NETWORKING"

NUM_CE: 时钟使能数量，默认使用2

SERDES_MODE：当使用级联ISERDES时，数据从Master ISERDES输入，使用一个ISERDES设为"MASTER"，两个ISERDES级联使用，另一个为"SLAVE"；详细可见下面讲到级联时的内容

其他的属性可以保持默认

UG471 Figure 3-2

ISERDES2重要端口设置：

Q1-Q8: 数据输出；注意当级联时，"SLAVE" ISERDES的Q3-Q8为并行数据的第8-13位；

SHIFTOUT：级联时使用，详见下文

SHIFTIN：级联时使用，详见下文

D：从IOB来的数据

DDLY：从Idelay2来的数据，D端口从输入引脚接入后没经过处理，DDLY经过Idelay2处理；Idelay详见（LVDS差分信号简单处理）3. Idelay对时序的补救

CLK，CLKB：串行时钟，快钟，CLKB是CLK取反处理

CE1，CE2：快慢钟的使能

RST：原语复位，高复位

CLKDIV：并行钟，慢钟

BITSLIP：bit移位功能，详见下文

时钟部分说明：

SDR下：假设接收的串行数据时钟为256MHz，解串因子为8，则CLKDIV为32MHz；

CLKDIV = CLK/DATA_WIDTH

DDR: CLKDIV = 2 * CLK/DATA_WIDTH

注意CLK和CLKDIV要相位对齐；

在NETWORKING模式下，ISERDES输出要晚于输入2个CLKDIV周期；

BITSLIP功能说明：

数据串转并的过程中，如果没有确定好数据边界，解串的数据也不是正确的，这个时候就需要使用BITSLIP功能：

在SDR和DDR下，bitslip移位的位数并不一样：

SDR下，一个bitslip脉冲使数据左移一位；DDR下，一个bitslip脉冲使数据右移一位或左移三位；

BITSLIP时序 UG471 Figure 3-12

可以从上图看出，BITSLIP在CLKDIV时钟下，一个完整的脉冲可以使输出数据产生相应的变化；

所以在某些传输过程中，可以先开始传输预设值，等待接收方调整Idelay和BITSLIP解出正确的预设值后，开始传输真正的数据。

ISERDES级联使用：

SDR Rate下，一个ISERDES能够解串的最大数据宽度为8；在某些ADC中，其并行数据宽度大于8位，这个时候可以使用上ISERDES的级联功能：

级联示意图 UG471 Figure 3-8

首先 设置一个ISERDES的SERDES_MODE属性为"MASTER"，另一个为"SLAVE"；

设置"MASTER"和"SLAVE" ISERDES2的DATA_WIDTH数据宽度为同一个数（10或14）；

将"MASTER"的SHIFTOUT1,2连接至"SLAVE"的SHIFTIN1,2

DATA_WIDTH为10时，"SLAVE"的Q3-4为第8-9位；DATA_WIDTH为14时，"SLAVE"的Q3-8为第8-13位。

仿真结果：

找到预设值才开始传输真正的数据

注意，独立使用VCS，VERDI仿真ISERDES时，需要使用某些设置才能仿真成功，具体请参考VCS独立仿真Vivado IP核的一些方法总结

总结：

ISERDES2可以使用SelectIO IP核设置简化原语设置流程；但ISERDES2原语设置会更加精细

BITSLIP功能很有用，需要用它找到数据的正确边界。



审核编辑：刘清