aurora協(xié)議詳情

1、<p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本綜述介紹了高速串行通信的現(xiàn)狀，并簡要介紹了Aurora通信協(xié)議的特點(diǎn)，發(fā)展和現(xiàn)狀。著重介紹了Aurora協(xié)議的原理，接口及應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Aurora;FPGA;高速串行通信&l

2、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article introduces the actuality of high-speed serial communications and the characters ,developments and actuality of the Aurora protocol.This

3、article especially introduces the theories ,interfaces , applications and some other knowledges.</p><p>　　Key words:Aurora;FPGA;high-speed serial communication</p><p><b>　　一、引言</b>&l

4、t;/p><p>　　在典型的嵌入式系統(tǒng)中提高處理器的速度是改善系統(tǒng)性能的解決方案之一。高速緩存和更先進(jìn)的處理器架構(gòu)的使用。不斷提高著微處理器的性能， 但研究表明處理器總線頻率的增長速度相對(duì)處理器內(nèi)核性能的增長速度較慢，且兩者之間的差距正在不斷擴(kuò)大。處理器速率的提高無助于改進(jìn)處理器和外設(shè)芯片之間的連接或多處理器系統(tǒng)中多個(gè)處理器間的連接。傳統(tǒng)的分層共享總線已無法滿足未來高性能嵌入式系統(tǒng)的I/O性能需求和快速高效的信號(hào)處

5、理和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)互連，即系統(tǒng)內(nèi)的不同組件之間彼此通信的速率，已成為制約嵌入式系統(tǒng)性能提高的瓶頸[5]。當(dāng)前，在系統(tǒng)級(jí)互連設(shè)計(jì)中， 高速串行I/O技術(shù)迅速取代傳統(tǒng)的并行I/O技術(shù)正成為業(yè)界趨勢(shì)。高速串行I/O技術(shù)能夠帶來更高的性能、更低的成本和更簡化的設(shè)計(jì)。人們已經(jīng)意識(shí)到不論是單端并行I/O還是差分并行I/O， 發(fā)展到今天都已經(jīng)達(dá)到了它們的物理極限， 無法為超過1 Gbit/s的數(shù)據(jù)速率提供可靠而低廉的實(shí)現(xiàn)方法。高速串行I/0技術(shù)的發(fā)展

6、克服了并行I/O的速度瓶頸，被越來越廣泛地應(yīng)用于各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，包括PC、消費(fèi)電子、海量存儲(chǔ)器、服務(wù)器、通信網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)計(jì)算和控制、測(cè)試設(shè)備等。迄今業(yè)界已經(jīng)發(fā)展出了</p><p>　　高速串行I/O日益受到重視，Xilinx公司也推出了用于高速串行I/O的Aurora協(xié)議。Xilinx公司的FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編輯門陣列）芯片中內(nèi)置了RocketIO收發(fā)器，提供從400Mbps到83.2Gbps的傳輸速率。同時(shí)，F(xiàn)P

7、GA由于其靈活性和低成本為高速串行接口的設(shè)計(jì)帶來了很大的靈活性。</p><p><b>　　Aurora協(xié)議</b></p><p><b>　　Aurora簡介</b></p><p>　　Aurora協(xié)議是由Xilinx公司提供的一個(gè)開放、免費(fèi)的鏈路層協(xié)議，可以用來進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的串行數(shù)據(jù)傳輸，具有實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

8、的高效率和簡單易用的特點(diǎn)。Aurora允許器件之間以下圖所示的方式通過多個(gè)MGT通道綁定完成通信。單個(gè)GTX通道可實(shí)現(xiàn)750Mbit/s-6.5Gbit/s的通信傳輸，多個(gè)GTX通道的組合可實(shí)現(xiàn)幾十Gbit/s 甚至上百Gbit/s的通信傳輸。圖1中，MGT到MGT之間的一個(gè)鏈接被稱為“弄”</p><p>　　圖1 aurora協(xié)議應(yīng)用舉例[15]</p><p>　　Aurora通過為

9、MGT提供透明的接口而將其分裝縮小，允許以太網(wǎng)和tcp/ip等專利技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的上層在其頂部運(yùn)行并提供方便的訪問。Aurora核為用戶提供了一個(gè)透明的物理層接口，它支持任何上層私有的或符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，如TCP/IP、Ethern- et等。</p><p>　　此易用、預(yù)定義的協(xié)議只需很少時(shí)間即可與現(xiàn)有的用戶設(shè)計(jì)集成[12]。但也存在一些不完善的地方：aurora不具備地址機(jī)制，不能支持切換功能，沒有規(guī)定數(shù)

10、據(jù)有效載荷內(nèi)校正。</p><p>　　2. Aurora操作</p><p>　　Aurora協(xié)議將復(fù)雜的RocketIO控制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為簡單的用戶接口，而用戶接口使用盡可能少的信號(hào)連接到用戶的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，并提供一套LocalLink兼容的輸入輸出信號(hào)來接收和發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，其接口信號(hào)如圖2所示。</p><p>　　圖2 Aurora核的用戶接口[9]</p&

11、gt;<p>　　在數(shù)據(jù)傳輸過程中，用戶通過控制信號(hào)控制協(xié)議引擎完成如下操作：封裝/解封裝數(shù)據(jù)并使其在串行通道中傳輸；暫停數(shù)據(jù)傳送(插入空閑狀態(tài))。協(xié)議引擎中的發(fā)送幀將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝在通道協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)中。對(duì)我們使用的Aurora協(xié)議引擎來說，一個(gè)串行通道就由1個(gè)“弄”組成。這里，“弄”是設(shè)計(jì)中每個(gè)MGT的數(shù)據(jù)路徑標(biāo)識(shí)。插入空閑狀態(tài)的目的是為了填充“弄”來完成字邊界對(duì)齊。圖2中的REM總線(data rema

12、inder bus)用來表示在PDU傳送最后一個(gè)數(shù)據(jù)期間有效的字節(jié)數(shù)。實(shí)際的字節(jié)數(shù)等于REM總線的值加1。</p><p>　　用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要改變通道PDU的長度，它反過來也影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。更長的PDU可以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸效率，但同時(shí)也降低了傳輸?shù)目煽啃?。用戶可通過控制TX_ SOF_N和TX_EOF_N信號(hào)來調(diào)整PDU長度。</p><p>　　在傳輸過程中，用戶可復(fù)位TX_S

13、RC_RDY_N信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)據(jù)停頓。在停頓期間,發(fā)送器發(fā)送空閑序列。重新置位TX_SRC_RDY_N，就可以恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸，用戶可無限制地插入停頓。 </p><p>　　接收幀的功能與發(fā)送幀相反，將數(shù)據(jù)從“弄”中提取出來。在接收過程中，協(xié)議引擎自動(dòng)完成以下功能：檢測(cè)和丟棄控制字節(jié)；置位PDU綁定信號(hào)；從“弄”中恢復(fù)數(shù)據(jù)；重新裝配數(shù)據(jù)并送往RX_D[0：31] 總線。 </p><p>

14、　　Aurora的流控機(jī)制</p><p>　　Aurora支持可選的數(shù)據(jù)流量控制，以防止由于雙方源端和宿端速率不同而造成的數(shù)據(jù)丟失。Aurora支持兩種流控機(jī)制：故有流量控制（Native Flow Control）和用戶流量控制（User Flow Control）。</p><p>　　固有的流量控制：NFC操作有兩個(gè)狀態(tài)機(jī)控制：tx和rx。Rx狀態(tài)機(jī)將空rx fifo的狀態(tài)。當(dāng)有溢

15、出危險(xiǎn)時(shí)，它會(huì)生成NFC pdu，要求對(duì)方在特定的時(shí)間內(nèi)暫停傳輸用戶pdu。Tx狀態(tài)機(jī)通過在要求的時(shí)間內(nèi)等待予以相應(yīng)，從而使rx fifo從一處狀態(tài)恢復(fù)。發(fā)送NFC要求的同時(shí)，tx狀態(tài)機(jī)營銷出任何往返延遲。理想狀態(tài)下，NFC要求在接收fifo溢出前發(fā)出。您可以將NFC暫停設(shè)置為0到256，最大暫停為無限。NfC暫停止是非累積的，新的NFC會(huì)覆蓋舊的值[12]。</p><p>　　用戶流量控制：用戶無需等待數(shù)據(jù)的

16、結(jié)束，即可發(fā)送UFC信息。UFC信息與普通的數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)通道，但有更高的優(yōu)先級(jí)。UFC消息由用戶自定義和解析。</p><p>　　Aurora的核參數(shù)</p><p><b>　　表1.核參數(shù)</b></p><p><b>　　表1 核參數(shù)（續(xù)）</b></p><p><b>　　表

17、1核參數(shù)（續(xù)）</b></p><p><b>　　表1核參數(shù)（續(xù)）</b></p><p><b>　　表1 核參數(shù)（續(xù)）</b></p><p><b>　　表1 核參數(shù)（續(xù)）</b></p><p>　　5. Aurora的應(yīng)用</p><

18、p>　　Aurora 是一種簡單的可擴(kuò)展的開放協(xié)議，支持各種各樣的應(yīng)用。如下所示：</p><p>　　芯片間通信：使用高速穿行總線代替芯片間的并行總線，可以大大減少pcb布線復(fù)雜程度和布線層數(shù)。</p><p>　　板間通信：aurora使用標(biāo)準(zhǔn)的8b/10b編碼，使得aurora可以與很多現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)兼容。而且，aurora的數(shù)據(jù)傳輸率和通道個(gè)數(shù)都是可選的，使aurora更加方便用

19、戶。</p><p>　　簡單的單向模式：在有些應(yīng)用中，并不需要雙向的通信，只需要單向的高速通信。Aurora協(xié)議提供了多種方式，只配置單相通路，以節(jié)省資源。</p><p>　　ASIC：aurora不僅僅應(yīng)用與FPGA設(shè)計(jì)，還可應(yīng)用于ASIC設(shè)計(jì)中。Aurora的簡單性使得它在FPGA和ASIC中都可以只占用很少的資源。</p><p><b>　　三

20、、結(jié)束語</b></p><p>　　簡單易用的Aurora協(xié)議由于其可擴(kuò)展性，可以被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，為新一代通信及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了一個(gè)可靠的解決方案，雖然不是最好的，但相信隨著技術(shù)的發(fā)展，Aurora還會(huì)不斷進(jìn)步在更多的場(chǎng)合綻放出耀眼的光彩。</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)</p><p>　　[1] 馮華亮，串行RapidIO：高性能

21、嵌入式互連技術(shù)[J]；今日電子-2007年9期：80</p><p>　　[2] 王勇，林粵偉，吳冰冰等譯，RapidIO嵌入式系統(tǒng)互連[M],電子工業(yè)出版社，2006：20</p><p>　　[3] 陳劍波，RapidIO總線技術(shù)的研究[J]；計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)-2005年9期：48</p><p>　　[4] RapidIO Trade Association，IS

22、O/IEC DIS 18372，RapidIO? Interconnect Specification Rev. 1.3 [S], 2005.6</p><p>　　[5] 王欣，楊濤，RapidIO互連技術(shù)研究[J]；數(shù)字通信世界-2008年5期：70,73</p><p>　　[6] 王帆，劉云，串行RapidIO在多DSP系統(tǒng)中的應(yīng)用初探[J]；計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2008年，第八期：

23、206</p><p>　　[7] 趙博龍，趙云忠，孔德岐，RapidlO互連技術(shù)研究及其模型驗(yàn)證[J]；航空計(jì)算技術(shù)，2009年，第四期：128-129</p><p>　　[8]鄧焰，戎蒙恬，基于FPGA的3.125Gbit/s串行通道設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[J]；電子工程師，2004年，第11期：16-18</p><p>　　[9]寧元輝，朱光喜，蘇鋼等，一種2Gbps的

24、多數(shù)據(jù)包透明傳輸機(jī)制[J]；高技術(shù)通訊，2008年第9期：881-887</p><p>　　[10]侯春雷，唐碧華，胡鶴飛等，基于Aurora的MAC層幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]；中國科技論文在線，2010年第1期：58-61</p><p>　　[11]杜旭，于洋，黃建，基于FPGA的高速串行傳輸接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]；計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，</p><p>　　20

25、07年第12期：94-96</p><p>　　[14]Xilinx，LogiCORETM IP Serial RapidIO V5.1 User Guide UG503[S], September 19, 2008</p><p>　　[15]Xilinx，LogiCORETM IP Aurora 8B/10B v5.1 User Guide UG353 (v5.1)[S], Decem