基于Xilinx FPGA高速串行接口的设计与实现

基于FPGA的串口通信设计与实现

置和输人数据计算出响应
的奇偶校验位，它是通过
纯组合逻辑来实现的。
２．６总线选择模块
总线选择模块用于
选择奇偶校验器的输入是
数据发送总线还是数据接
收总线。
２．７计数器模块
计数器模块的功能
是记录串行数据发送或者
接收的数日，在计数到某
数值时通知ＵＡＲＴ内核模
块。３ＵＡＲＴ程序设计ＵＡＲＴ完整的工作流程可以分为接收过程
关键词：ＦＰＧＡ：ＵＡＲＴ：ＲＳ２３２
引言串行接口的应用非常广泛，为实现串口通信功能一般使用专用串行接口芯片，但是这种接口芯片存在体积较大、接口复杂以及成本较高的缺点，使得硬件设计更加复杂，并且结构与功能相对固定，无法根据设计的需要对其逻辑控制进行灵活的修改。介绍了一种采用ＦＰＧＡ实现串口通信的方法。１串口通信协议对一个设备的处理器来说，要接收和发送串行通信的数据，需要一个器件将串行的数据转换为并行的数据以便于处理器进行处理，这种器件就是ＵＡＲＴ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＲｅ— ｃｅｉｖｅｒ／Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）通用异步收发器。作为接ｉＳｌ的一部分，ＵＡＲＴ提供以下功能：１．１将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流；１．２将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用；１．３在输出的串行数据流中加入奇偶校验位，并对从外部接收的数据流进行奇偶校验：１．４在输出数据流中加入启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。２ＵＡＲＴ模块设计ＵＡＲＴ主要由ＵＡＲＴ内核、信号检测器、移位寄存器、波特率发生器、计数器、总线选择器和奇偶校验器７个模块组成。（见图１）２．１ＵＡＲＴ内核模块ＵＡＲＴ内核模块是整个设计的核心。在数据接收时，ＵＡＲＴ内核模块负责控制波特率发生器和移位寄存器同步的接收并且保存ＲＳ一２３２接收端口上的串行数据。在数据发送时，ＵＡＲＴ内核模块首先产生完整的发送序列，之后控制移位寄存器将序列加载到移位寄存器的内部寄存器里，最后再控制波特率发生器驱动移位寄存器将数据串行输出。２＿２信号检测模块信号检测器用于对ＲＳ一２３２的输入信号进行实时检测，一旦发现新的数据则立即通知ＵＡＲＴ内核。需要注意的是，这里所说的ＲＳ一２３２输入输出信号都指经过电平转换后的逻辑信号，而不是ＲＳ一２３２总线上的电平信号。２＿３移位寄存器模块移位寄存器的作用是存储输入或者输出的数据。２．４波特率发生器模块由于ＲＳ一２３２传输必定是工作在某种波特率下，比如９６００，为了便于和ＲＳ一２３２总线进行同步，需要产生符合ＲＳ一２３２传输波特率的时钟。２．５奇偶校验器模块奇偶校验器的功能是根据奇偶校验的设

基于FPGA串行收发器的通信接口设计与实现

基于 FPGA串行收发器的通信接口设计与实现摘要：随着信号处理带宽和吞吐量的需求与日俱增，多片FPGA协同工作成为一种发展趋势。

FPGA片间通信必然成为一个研究热点，特别是不同厂商FPGA间的通信。

基于FPGA串行收发器，利用8B/10B编码，实现了链路同步、数据收发以及流量控制。

通过板间验证表明：该设计与实现的通信接口稳定可靠，单对收发器通信速率可达10Gbps，并且可进行多路扩展应用，可应用于40G、100G等高速通信。

关键词：FPGA；8B/10B编码；高速收发器DESIGN AND INPLEMENTATION OF COMMUNICATION INTERFACE BASE ON FPGA SERIAL TRANSCEIVERYe Yun-feng, Ren Ji-kui, Huang rui, Yuan jun（No.30 Institute of CETC, Chengdu Sichuan 610041, China）Abstract：With the demand of signal processing bandwidth and throughput increases, multi-chip FPGA cooperative work becomes a trend. FPGA inter-chip communication must become a research hotspot,especially the communication between different FPGA of manufacturers. On the basis of FPGA serial transceiver, the link synchronization,data sending and receiving and traffic control are realized by using8B/10B coding. The inter-board verification shows that the communication interface is stable and reliable, the communication rate of single pair transceiver can reach 10Gbps, and can be applied tohigh speed communication such as 40Gbps or 100Gbps.Key words：FPGA; 8B/10B code; High-speed transceiver0 引言随着云计算与大数据技术的发展，用户对信息传输的需求不断增长，基带信号处理的带宽和吞吐量需求与日俱增[1]。

基于Xilinx FPGA高速串行接口的设计与实现

高速串行技术发展现状
今天，多数计算机、嵌入式处理设备和通信设备仍然采用并行总线，最流行总线形式包括PCI、VME及它们扩展。目前广泛使用的几种通信标准都是基于并行总线标准。并行总线可分为两大类：系统同步并行总线标准，主要包括PCI-X和Compact PCI；源同步并行总线标准，包括RapidIO、HyperTransport等其他类似标准。但随着芯片性能的增加，以及更大带宽需求，这些多路并行总线结构遇到了令系统设计者头疼限制。并行接口限制有：码间干扰、信号偏移、串音干扰和直流偏置等问题，这些因素严重地影响了并行接口频率的提高和传输距离的增长。为了解决并行接口在数据传输时所面临的极限问题，国内外都将更多的研究焦点放在高速串行接口电路上。
DSP部分的注意事项
软件初始化则是通过改变接收控制寄存器LRCTLx中的对应位来实现功能的。下面，就对这些位的功能进行一个介绍：如果 REN=1，则链路口的接收部分使能，但链路口强制初始化被禁止。如果 REN =0， RINIF=0，则链路口的接收部分和链路口强制初始化都被禁止。如果REN=0，RINIF=1，而RINIV =0，则链路口的接收部分被禁止，而链路口初始化被强制置为0。这种置位就相当于利用LxBCMPI进行初始化时，LxBCMPI=0。如果REN=0，RINIF =l，而RINIV= l，则链路口的接收部分被禁止，而链路口初始化被强制置为1。这种置位就相当于利用LxBCMPI进行初始化时，LxBCMPI=l。因此，要实现软件初始化，处理器应该实现如下操作： l、首先写REN=0，RINIF=1，RINIV=1，初始化链路口的接收部分 2、再写REN=1，链路口接收使能以上操作步骤，在Visual DSP++软件中对应的程序为： yr0=0xDO;; LRCTL0=yr0;; yr0=0x11;; LRCTL0=yr0;;

基于FPGA的高速串行通信接口研究

０引言
数控机床是制造业的工作母机，是一个国家国民经济的重要基础，也代表着一个国家装备制造的水平和实力。数控系统包括人机接口、运动控制器和进给伺服系统，是数控机床的核心功能部件，决定数控机床的功能和技术性能。随着数控技术的发展，在人机接口、运动控制器和进给伺服驱动中都采
ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｈｅｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏ１．ＴｈｅＡＲＭｃｏｎｒｔｏｌｓＵＡＲＴｗｏｒｋｓｔｅａｄｉｌｙｉｎ３．１２５Ｍｂｐｓｂａｕｄ
摘
要：针对主从式结构的高速串行通信需求，设计一种基于现场可编程逻辑阵列（ＦＰＧＡ）的
高速串行通信接口方案，由ＦＰＧＡ实现双缓冲先进先出（ＦＩＦＯ）存储器及多通道异步收发器（ＵＡＲＴ）的扩展等通信接口功能，根据主从控制器间的通信协议完成串行通信软件设计，由
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｈｅｔｅｘｔｅｎｄｅｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｏｕｂｌｅｂｕｆｅｉｒｎｇｉｆｒｓｔ — ｉｎｉｆｒｓｔ — ｏｕｔ（ＦＩＦＯ）

基于FPGA的高速串行数据收发接口设计

２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ）
ｉｎｘ．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｂｉｔｒａｔｅｏｆ６Ｇｂ／ｓｐｅｒｌａｎｅ．ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｖｅｉｒｉｆｅｓｔｈａｔｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｃｏｕｌｄｆｕｌｉｆｌｌｔｈｅｒｅ — ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｄｕｉｎｒｇｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．ａｎｄａｌｓｏｓｈｏｗｓｔｈａｔｓｅｒｉａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｉｍｐｌｉｉｆｅｓｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆ
板层数量、节约了成本。
关键词：高速串行协议；ＪＥＳＤ２０４Ｂ；数据传输接口设计；ＦＰＧＡ；模数／数模转换器
中图分类号：ＴＮ９１１．７３

基于FPGA的数据高速串行通信实现

基于FPGA的数据高速串行通信实现1 引言在许多实际运用的场合中，数字信号传输具有数据量大，传输速度高，采用串行传输等特点。

这就要求数据收发双方采用合理的编解码方式及高速器件。

数字信号传输一般分并行传输、串行传输两种。

并行传输具有数据源和数据目的地物理连接方便，误码率低，传输速率高。

但是并行传输方式要求各条线路同步，因此需要传输定时和控制信号，而其各路信号在经过转发与放大处理后，将引起不同的延迟与畸变，难以实现并行同步。

若采用更复杂的技术、设备与线路，其成本会显著上升。

而高速远程数据传输一般采用串行同步传输。

传统建立准确的时钟信号的方法是采用锁相环技术。

但锁相环有若干个明显缺陷，一是其同步建立时间及调整精度即使采用变阶的方法也很难兼顾；二是锁相环需要一个高精度高频率的本地时钟。

本文所讨论的两种串行同步传输方法，无需高频率时钟信号，就可完全数字化。

采用Altera公司的ACEXlK系列器件完成电路设计，且外围电路简单，成本低，效果好。

2主要器件介绍编码和解码采用ACEXlK系列器件EPlK100QC208-2。

ACEXlK器件是Altera 公司针对通信、音频处理及类似场合应用而设计的。

该系列器件具有如下特性：高性能。

采用查找表(LUT)和嵌入式阵列块(EAB)相结合的结构，适用于实现复杂逻辑功能和存储器功能，例如通信中应用的DSP、多通道数据处理、数据传递和微控制等；高密度。

典型门数为1万到10万门，有多达49 152位的RAM(每个EAB有4 096位RAM)。

系统性能。

器件内核采用2.5 V电压，功耗低，其多电压引脚驱动2.5 V、3.3 V、5.0 V的器件，也可被这些电压所驱动，双向I／O引脚执行速度可达250 MHz；灵活的内部互联。

具有快速连续式延时可预测的快速通道互连。

3实现方法本文所述方法应用于数字音频数据实时传输。

原始数字音频每一帧视频数据为并行8位，速率达2 Mb／s，串行传输速度为16 Mb／s。

基于FPGA实现的高速串口传输技术与实现

（5）将配置位流文件下载到FPGA芯片中，进行实际运行和测试。
4、结论
本次演示设计和实现了一种基于FPGA的以太网和串口数据传输系统，实现了高速、高效的数据传输和共享。本系统的优点在于具有高度的灵活性和可扩展性，可以方便地根据实际需要进行功能扩展和优化。由于采用了FPGA技术，本系统还具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，可以广泛应用于各种嵌入式系统和智能设备中。
为了更好地实现基于FPGA的高速光纤通信数据传输技术，需要以下几个方面：
1.优化硬件设计：根据具体的应用场景和需求，选择合适的FPGA芯片和硬件组件，并对其进行优化设计，以实现更高效的数据传输和处理。
2.完善软件算法：利用FPGA的并行处理能力和数字信号处理算法，进一步完善软件算法，提高数据处理速度和可靠性。
最后，为了提高稳定性和可靠性，可以研究更为高效的错误检测和纠正算法，以及研究如何提高数据传输的鲁棒性。
总结
本次演示介绍了基于FPGA实现的高速串口传输技术与实现。通过利用FPGA的灵活性和高效性，我们成功地实现了高速串口传输技术，并在速度测试中验证了其优势。然而，也需要注意到这种技术存在的不足和挑战。未来，高速串口传输技术将会朝着更高速度、更低成本、更稳定可靠的方向发展。
参考内容
随着信息时代的到来，数据传输的速度和可靠性成为了关键的要素。光纤通信作为一种现代化的数据传输方式，具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各个领域。为了进一步提升光纤通信的性能，基于FPGA（现场可编程门阵列）的高速光纤通信数据传输技术得到了广泛的研究与实现。
FPGA是一种高度灵活的芯片，可以由用户进行编程配置，实现各种不同的逻辑功能。在光纤通信领域，FPGA可以被用于实现数据编解码、信号调制解调、误码纠正等功能，从而提升数据传输的速度和可靠性。

一种串行高速芯片互连接口逻辑设计与实现_李仁刚

Tx 发送器主要由分路调整控制逻辑、乱序扰码逻辑、RocketIO 等组成部分。分路调整控制逻辑将收到的上层数据通过分路 MUX 分配到全宽 N 通道或者半宽 N /2 通道，并且在非全宽模式下调整选择使用的数据传输通道组合［5］; 乱序扰码逻辑负责产生 PRBS 序列，根据随机数据的长短 ( 如 PRBS7、 PRBS23 等) 可选择 ROM 查表法或 LFSR 算法实现每周期生成伪随机数据; RocketIO 负责高速信号的对外传输。其主要完成如下功能:
1 串行链路互连结构实现
在计算机系统中，总线的性能对整个系统的性能和功能都有直接影响。如 1 图所示为系统处理器等芯片间高速串行总线互连的结构示意图，以协议状态机以及控制模块为核心，通过灵活的硬线连接逻辑机制配合各个感知功能模块和控制单元，以及其他配置存储单元完成高效高可靠的物理链路互连。该串行总线体系结构能够最大限度的兼顾自适应互连需求和高带宽连接需求，能够在数据传输故障时触发带内复位、重新进行链路检测、自适应的剔除故障数据通道或者时钟通道、无故障数据通道自动降宽重组。同时互连协议支持可变位宽和自动位整理功能，有效降低系统功耗，提高了传输性能和稳定性。
( 5) 通过时钟通道完成时钟的发送。 Rx 接收器主要包括: 分路调整控制逻辑、序列解扰逻辑、偏移校正逻辑等组成部分。分路调整控制逻辑通过 DEMUX 完成链路传输宽度的选择，在非全宽模式下调整选择使用的数据传输通道组合; 解扰逻辑与扰码逻辑是一对反操作，目的是将输出的串行数据变为白噪声，消除因为规则数据产生的 EMI 干扰，扰码原理是将 TX 发送数据和 PRBS 并行序列异或，解扰码原理和扰码实现方法相同，将 RX