使用OSERDES发送高速串行数据

OSERDES实现并串转换，只需要管发送并不需要管接收到的数据如何，所以它的操作相对于ISERDES来说简单；

本文将介绍OSERDES的IP核生成，OSERDES原语介绍，OSERDES级联使用以及ISERDES，Idelay接收串行数据的几种方法。

与上一篇文章的结构对应，这篇也将从可视化的SelectIO的设置讲起，从简单到复杂；

在IP Catalog里面找到"SelectIO"，接下来跟着这般操作：

数据总线设置

参数的意义如下：

• 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：这一次需要发送数据，选择Output
• 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IP核的输入并行数据位宽；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: 外部输出数据的位宽，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

这一部分的内容可以参考使用ISERDES接收高速串行数据，内容一样；

数据和延时设置

这个地方不做设置的原因是因为，我们在测试ISERDES和OSERDES，需要排除使用Idelay的影响，因此这个地方不做任何延时；

最后一键OK，OSERDES的相关IP核就生成好了。从IP核最底层的verilog文件可以看到，它的实现跟OSERDES2原语有关，从UG471我们可以知道OSERDES2的相关内容；

首先关注OSEDES2的属性内容，它的重要属性决定的因素如下：

• DATA_RATE_OQ：决定OQ端口输出的数据速率，可选SDR或DDR；
• DATA_RATE_TQ：决定TQ端口输出的数据速率，可选BUF, SDR或DDR；
• DATA_WIDTH: 根据"DATA_RATE_OQ"确定具体数值；SDR Rate：可设为2,3,4,5,6,7,8；DDR Rate：可设为4,6,8,10,14；
• SERDES_MODE：确定OSERDES是主模块还是从模块，这跟OSERDES级联使用有关，具体内容请看下面的内容；
• TRISTATE_WIDTH：这跟"DATA_RATE_TQ"有关，大多情况都设为1，它的具体设置关系如下：

TRISTATE_WIDTH设置参数表 UG471 Table 3-8

OSERDES原语图 UG471 Figure 3-14

OSERDES原语的端口定义如上图所示，其中重要的端口设置如下：

• OQ：串行数据输出，直接到IOB，也就是直接连接到IOBUF，ODELAY等特殊结构
• SHIFTOUT1/2：级联时使用，详见下文
• CLK：高速时钟，串行数据时钟输入
• CLKDIV：慢速时钟，并行数据时钟输入
• D1 to D8：并行数据输入，当并行数据多于8bit不超过14bit，可以使用OSERDES级联，级联的使用方法详见下文
• OCE：串行数据时钟使能信号输出
• RST：高复位信号输入
• SHIFTIN1/2: 级联时使用，详见下文

其他没有提到的输入信号可以设为0，输出信号可以不用连接；

CLKDIV与CLK的联系：

假设接收的串行数据时钟为256MHz，串化因子为8，则CLKDIV为32MHz；

SDR：CLKDIV = CLK/DATA_WIDTH

DDR: CLKDIV = 2 * CLK/DATA_WIDTH

注意CLK和CLKDIV不一定是相位对齐的；

OSERDES2数据时延：

虽然与ISERDES2相比，没有"Mode"属性设置，但CLK和CLKDIV不一定是相位对齐的，它的输出数据相对于输入数据也有相应的时延，具体的延时与DATA_WIDTH，DATA_RATE_OQ，DATA_RATE_TQ有关；关系如下：

OSERDES时延参数对照表 UG471 Table 3-11

以最简单的2:1 SDR串化为例：

2:1 SDR UG471 Figure 3-16

1. Event1时，数据从FPGA其他部分逻辑传到OSERDES2的D1-2端口
2. Event2时，数据在CLKDIV上升沿被OSERDES2采样
3. Event3时，OQ端口产生相应的输出串行数据

所以，是不是也可以推出下图Event所发生的事情呢？条件为8:1 DDR。

8:1 DDR UG471 Figure 3-17

OSERDES级联使用：

当并行数据多于8bit不超过14bit时，可以采用两个OSERDES2级联的使用方法，示意图如下，

扩展并行输入数据位宽 UG471 Figure 3-15

上图已经示意的比较清楚，操作步骤可分为三步。

1. 两个OSERDES2的"SERDES_MODE"设置，一个需要设为"MASTER"，另一个设为"SLAVE"；
2. 将"SLAVE"的"SHIFTOUT1/2"连接至"MASTER"的"SHIFTIN1/2"；
3. "MASTER"的D1-D8输入并行数据的低8位，"SLAVE"的D3-D8可以连接输入并行数据的高6位；

我在调试一款AD的过程中接触到了SelectIO中的相关知识，由表及里，看过一些I/OSERDES接收数据的调节方法：

1. 首先让发送方发送特殊字符，接收方接收数据转为并行数据，调节Idelay的参数，直到出现稳定的结果（不一定是发送的特殊字符），Idelay参数记为C1；
2. 继续调节Idelay的参数，直到结果不再稳定，Idelay参数记为C2；
3. Idelay参数设为（C1+C2）/2 ，此时接收的并行数据稳定为一个定值；
4. 如果稳定的输出结果不是约定的特殊字符，调节Bitslip移动字符的边界，直至输出结果为约定的特殊字符；
5. 利用其他的通信方式或方法，告知发送方可以正常发送数据；

更有甚者直接使用ISERDES，Idelay调节CLK，

1. 将CLK作为串行数据，使用ISERDES转为并行数据后，调节Idelay；
2. 记录最后一次并行数据全为0的时候的Idelay参数C1；
3. 继续调节，记录第一次并行数据全为1的时候的Idelay参数C2；
4. Idelay参数设为（C1+C2）/2 ，此时CLK的时钟对应数据的位置裕量充足；

仿真结果可以参看使用ISERDES接收高速串行数据

总结：

1. OSERDES2可以使用SelectIO IP核设置简化原语设置流程；但OSERDES2原语设置会更加精细。
2. OSERDES的数据时延以及级联使用方面见上面的内容。