实现串行通信 - 基于中端FPGA的低成本网络的实现

　　在实现串行接口时，一个重要的特性是能够创建可扩展的数据链路，以满足传输带宽的要求。为使带宽与所支持的传输协议相匹配，中端FPGA加入了硬化的PMA和PCS逻辑模块，它们在功能上可以邦定在一起。邦定机制实现了多个收发器通道来支持一个协议，而其余的串行接口仍可以独立地支持其他协议，或者被禁用，从而进一步节省整个系统的功耗。虽然收发器通过加入PMA和PCS功能模块提供物理层接口，但还需要在更高的“客户”层提供大量额外的逻辑，以创建一个完整的行业标准解决方案。虽然ASSP可以提供带有硬化串行接口的特定接口解决方案，但是它们缺乏必要的灵活性，无法支持网络接入市场中用到的各种接口。

　　此外，基于SERDES的高端FPGA也可以被设计为在其结构内包含大量的串行传输逻辑，只是代价高昂：额外的设计和验证时间、更多的功耗和尺寸大小。此外，中端FPGA还为电路板级和系统级设计人员提供了另一个关键优势。通过为FPGA的软逻辑阵列增加一定数量收发器(根据不同的器件)，以及硬化的行业标准传输协议逻辑，这些器件提供了一个灵活、低成本和小尺寸的通信解决方案。如图1所示，通过选择适当的FPGA，可以很容易地实现不同的传输协议解决方案。

　　图1 具有收发器功能的中端FPGA

　　接入网络由来自不同网络运营商提供的基础设备构成。并且，由于预计将会有大量的陈旧设备仍将在之后几年继续使用，越来越多的运营商转而使用一种全分组(all-packet)网络。随着向全分组网络发展，一些行业标准技术正在迅速成为控制平台和数据传输互连的主导。以太网以其悠久的历史、使用的广泛性以及本地IP数据包支持，将主导下一代网络。而PCI-Express凭借广泛用于计算、服务器和消费电子市场，也正在大量用于器件级和背板互连，同时还被广泛部署用来取代并行PCI总线。串行无线IO标准则被用于各种无线、DSP和其它嵌入式计算解决方案。如上所述，许多中端FPGA支持这些关键标准，从而为设备制造商提供了一系列丰富的硬化解决方案。除了成本和功耗上的优势，这类器件还无需实现和验证通信协议，这使得设计人员能够专注于在FPGA结构内实现自己的差异化解决方案和系统升级功能。

　　升级为全分组网络时的一个重要元素是能够将网络最边缘处具最低数据带宽需求的数据接口和网络中心区域及核心区段更高数据传输速率的接口汇聚在一起。边缘路由器、接入交换机和其他网络汇聚设备都同时支持低和高带宽数据速率。为满足数据汇聚的要求，中端FPGA不仅为下一代高速串行接口提供了一种经济的解决方案，还通过其增强的通用I/O(GPIO)功能支持传统的串行接口。利用GPIO来支持低端串行线速率，即1.25Gbps或更低，使得较昂贵的集成收发器通道可用于更高的串行线路速率。为支持串行接口，必须有一些时钟和数据恢复(CDR)逻辑，这是中端FPGA的另一个特点。图2提供了一个典型的CDR电路模块图。