一种LVDS内核及外围电路设计

　　低压差分信号LVDS(Low Voltage Differential Signal)是由ANSI/TIA/EIA-644-1995定义的用于高速数据传输的物理层接口标准。通常是LVDS电路设计使用各种专用芯片，如美国国家半导体公司的DS92LV16等。我们用FPGA芯片自行设计BLVDS内核及扩展部分。相比之下，使用FPGA可大幅减少芯片数量，降低成本，提高系统可靠性，同时具有更大的灵活性和向后兼容性。由于目前尚无实用的16位VLVDS收发器芯片问世，本设计也填补了专用芯片(ASIC)的空白。

　　我们选了Xilinx公司的XCV50E。此芯片属于Virtex-E系列，具有如下特性： *0.18nm 6层金属工艺，具有5.8万个系统门;

　　*使用1.8V核心电压，低功耗设计;

　　*130MHz同部时钟;

　　*64KB的同步块同存(BlockRAM)，可实现真正的双口操作;

　　*支持包括LVDS、BLVDS在内的20种高性能接口标准;

　　*8个全数字的延迟锁定环DLL(Delay Locked Loops)，具有时钟移相和乘除功能;

　　*支持IEEE 1149.1边界扫描标准，具有基于SRAM的在系统配置功能。

　　我们使用Xilinx Foudation F3.1i软件开发XCV50E芯片。设计流程为：首先用编写VHDL语言程序、绘制原理图或设计状态机的方法生成网络表，功能仿真正确后，经过翻译、映射、放置和布线、时序优化及配置过程，生成比特流文件。然后，进行时序仿真，仿真通过后下载到PROM中。(我们用了Xilinx公司的XC18V01。)

　　1 结构及工作过程

　　1.1 系统结构和FPGA结构

　　本通信系统由背板和若干通信子卡组成。背板并更有8个插槽，并布有BLVDS总线和其它控制、地址总线。通信子卡由EP7211芯片(负责数据处理)、XCV50E及DRAM、PROM等外围芯片和元件组成，系统结构如图1所示。

　　

 

　　设计完成后的XCV50E由控制部分、发送FIFO、帧编码器、串化器、解串器、帧解码器、数据检出器、接收FIFO、时钟倍频器及输入输出单元等部分组成，结构如图2所示。

　　

 

　　1.2 工作过程

　　在发送子卡中，EP7211将待发

　　数据整理成多个长255字，字宽16位的数据帧，发至FPGA内的发送FIFO中。该FPGA得到总线控制权后，即发送同步帧(由同步字与填充字组成)，待被寻址的接收子卡实现与自己的同步后，再发送数据帧。各帧数据经串化器转化为两对差分信号，并从中获得同步信息并实现同步，继而检出有效数据，写入接收FIFO，同时以快中断(FIQ)通知EP7211。

　　2 软件设计

　　2.1 EP7211程序设计

　　通信子卡内的EP7211为系统级芯片，用来预处理和接收数据。EP7211的内核为ARM7TDMI，使用32位精简指令。发送数据的流程如图3所示。接收较简单，只需在快中断(FIQ)服务程序中写入接收FIFO的读取代码即可。