SRIO设计与应用.ppt

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1、SRIO网络的设计与应用主要内容nRapidIO概述概述nC6000DSP的SRIO接口设计nSRIOSwitch的电路设计nSRIO网络路由的配置nSRIO接口的使用方法nSRIO电路PCB设计与调试nC6000DSPS的SRIO软件设计n基于SRIO互联的系统实例1.RapidIO概述n业界开放标准，点对点嵌入式互联技术；n具有低时延、宽带宽、低传输开销、低管脚数等特点；n采用硬件进行错误检测和恢复具有很高的可靠性；n工作频率和端口宽度具有可升级性；n采用分层的架构，物理层、传输层和逻辑层，层与层之间的功能相对独立，便于各层灵活扩展。1.RapidIO概述nRapidIO在嵌入式系统中的位

2、置1.RapidIO概述n基于RapidIO互联的系统结构1.RapidIO概述nRapidIO协议的分层结构1.RapidIO概述nRapidIO系统中数据包的传输流程WhenToUseRapidIORapidIO On the backplane-Futureproof-Highthroughput-Lowdeterministiclatency-Guaranteedpacketdelivery-PrioritizedtrafficRapidIO for fault tolerantSystems-Flexiblesparingstrategies-Continuedsystemopera

3、tionintheeventofsinglefaults-Rapiddetectionoffaults-FlexibleresponsetofaultsRapidIO on board asthesingle,simpleinterconnectamongallboardcomponentsProtect your SW investment-S-RIOlogicallayerremainsthesameacrossdifferentphysicallayer-RapidIOscalesperport-SavessystemtotalpowerSerial RapidIO EcosystemT

4、I,Freescale,AlteraandLSIhaveannouncedS-RIOGen2productsothersuppliersofS-RIO1.3haveGen2informationavailableunderNDAAxxiaCommunicationsProcessorDSP:severalproductsInTCI64xxfamilyDSP,PowerQUICC&QorIQmulticoreXLS416familyMulticoreProcessorFPGA:ArriaandStratixFamilyFPGA:Virtex4/5/6familiesFPGAWirelessBas

5、ebandProcessorDSPOct22xxPowerPCbasedprocessors460GTSwitches,Bridges&IPCPSandTsiFamilyNetworkProcessorOcteon2familyNetworkProcessorWinPath3RapidIOEnabledEndpointsVendorDeviceS-RIO GenMax S-RIO SpeedDigital Signal ProcessorsTexas InstrumentsTCI6482(Himalaya)13.125GbpsTexas InstrumentsTCI6487/6488(Fara

6、day)13.125GbpsTexas InstrumentsTCI645513.125GbpsTexas InstrumentsTCI6484(Curie)13.125GbpsTexas InstrumentsTMS320C66x(Nyquist)25GbpsFreescaleMSC8144,MSC815625GbpsFreescaleMSC8157/MSC815825GbpsProcessorsFreescaleP4080 QorIQ13.125GbpsFreescaleMPC854313.125GbpsFreescaleMPC854813.125GbpsFreescaleMPC8641/

7、D13.125GbpsFreescaleMPC857213.125GbpsCaviumOcteon II CN66XX,CN63XX25GbpsAMCC/Applied MicroPPC460GT13.125GbpsNetlogic/BroadcomXLS 616/416/40813.125GbpsLSI LogicStarCore SP2704/SP217613.125GbpsMindspeedTranscede 400013.125GbpsWintegraWinpath 313.125GbpsFPGAsXilinxVirtex II,Virtex II Pro,Virtex 4 FX/5L

8、XT,Virtex 5,Virtex 6,Spartan 61/23.125Gbps/6.25GbpsAlteraArria II,Stratix/Stratix II GX,Stratix IV GX,Stratix V GX1/23.125Gbps/5GbpsLatticeLatticeECP3,LatticeECP41/23.125Gbps/6.25Gbps主要内容nRapidIO概述nC6000 DSP的的SRIO接口设计接口设计nSRIOSwitch的电路设计nSRIO网络路由的配置nSRIO接口的使用方法nSRIO电路PCB设计与调试nC6000DSPS的SRIO软件设计n基于SR

9、IO互联的系统实例2.C6000DSP的SRIO接口设计nC6455SRIO接口简介符合RapidIO互联协议1.2标准；在逻辑层上支持I/Osystem和Messagepassing,不支持GlobalSharedMemory；可配置为1个4X的端口或4个1X的端口，端口速率1.25Gbps、2.5Gbps或3.125Gbps；能够响应和发送门铃方式的中断；支持8bits和16bits两种大小的器件ID；2.C6000DSP的SRIO接口设计nC6455SRIO外设结构2.C6000DSP的SRIO接口设计nC6455SRIO管脚与互联2.C6000DSP的SRIO接口设计n基于SRIO互联

10、的4C6455板卡2.C6000DSP的SRIO接口设计nC6678SRIO接口简介符合RapidIO互联协议2.1.1标准；在逻辑层上支持I/Osystem和Messagepassing,不支持GlobalSharedMemory；可配置为1个4X、4个1X、2个2X、1个2X+2个1X端口，端口速率1.25Gbps、2.5Gbps、3.125Gbps和5Gbps；能够响应和发送门铃方式的中断；支持8bits和16bits两种大小的器件ID；支持组播ID;2.C6000DSP的SRIO接口设计n基于SRIO互联的5C6678板卡主要内容nRapidIO概述nC6000DSP的SRIO接口设计

11、nSRIO Switch的电路设计的电路设计nSRIO网络的配置nSRIO接口的使用方法nSRIO电路PCB设计与调试nC6000DSP的SRIO软件设计n基于SRIO互联的系统实例3.SRIOSwitch电路设计nTundraTsi568Switch芯片3.SRIOSwitch电路设计n面向DSPFarm应用3.SRIOSwitch电路设计n主要电路设计JTAG电路I2C电路工作模式选择端口开关控制主要内容nRapidIO概述nC6000DSP的SRIO接口设计nSRIOSwitch的电路设计nSRIO网络的配置网络的配置nSRIO接口的使用方法nSRIO电路PCB设计与调试nC6000DS

12、P的SRIO软件设计n基于SRIO互联的系统实例4.SRIO网络的配置n交换机与节点的区别交换机：路由表；存储与转发；没有ID，Hopcnt；节点：数据包与维护包收发；有ID；n节点ID的配置唯一性；自行分配或者Host分配；源ID与目的ID；大ID和小ID4.SRIO网络的配置nC6455SRIO的初始化4.SRIO网络的配置nSwitch路由表的配置1）JTAG配置；2）EEPROM配置；3）Host维护配置。5.SRIO接口的使用方法主要内容nRapidIO概述nC6000DSP的SRIO接口设计nSRIOSwitch的电路设计nSRIO网络的配置nSRIO接口的使用方法nSRIO电路电

13、路PCB设计与调试设计与调试nC6000DSP的SRIO软件设计n基于SRIO互联的系统实例6.SRIO电路PCB设计与调试n设计高速串行电路的相关基本知识；n高速串行电路的设计流程；n高速串行电路PCB设计注意事项；nSRIO的调试方法；nSRIO调试可能出现的问题及解决n其它6.1设计高速串行电路的相关基本知识1）.SRIO信号特性：a.频率高：1.25Gbps,2.5Gbps,3.125Gbps.b.信号翻转快：8b/10b编码的目的是通过足够的翻转来提取时钟；c.利用模拟的SERDES驱动低摆幅的CML缓冲器，在特性上类似于模拟和射频信号；CML（CurrentModeLogic）n与

14、LVDS，ECL同为高速信号传输电平标准；nCML:CML电平是所有高速数据接口中最简单的一种。其输入和输出是匹配好的，减少了外围器件，适合于更高频段工作。nVPP一般为800mV，可以通过芯片内部寄存器设置，SRIO物理层规范规定ShortRun情况下为500，1000mVpp，LongRun情况下为n800，1600mVpp，nCML之间的连接分两种情况：当收发两端的器件使用相同的电源电压时（收端和发端具有相同的共模电压），CML到CML可以采用直流耦合方式，信号线上可以不加任何耦合器件；当收发两端器件采用不同电源电压时，必须使用交流耦合，中间加隔直电容。一般为0.1u或0.01uf040

15、2封装或者更小封装的陶瓷电容。以C6455和Tsi568为例。C6455SRIO供电为1.25V,Tsi568SRIO供电为1.2,1.5V,它们之间互联就应该加隔直电容；C6455之间互联可以不加隔直电容。6.1高速电路设计流程1）制定设计目标：计算能力、互联带宽、接口形式、拓扑结构、板型、功耗等等；2）芯片选型和实施方案：确定主要器件型号，围绕设计目标制定实施方案，越详细越好；最好是根据实施方案就能够画出原理图；3）充分挖掘芯片的详细资料和调试工具EVM板的原理图、PCB及器件选型，如SpectrumC6455EVM板的资料就非常全面；Tsi568A这方面的资料也很全面。芯片的勘误表等；勘

16、误表有效的避免设计失误。如C6455关于PCIReset，WarmReset和PoweronReset的勘误。在调试工具上，Tsi568的主机调试软件就很好用。4）原理图设计（细节决定成败！）充分参考EVM的设计（能抄的就抄）；有效避免芯片的勘误；去藕电容的数量、容值和封装等严格按照芯片手册设计；检查交流耦合电容、LVDS端接、LVPECL端接、Open-drain的上下拉电阻、电源的虑波等细节。画完之后除了自己检查最好还有其他人Review。5）PCB设计a.建立封装；（每一个工程都应有独立的PCB库）b.绘制板框；设置禁布区；c.合理布局主要器件并估计走线层数；d.综合各芯片对电源/地的要

17、求确定平面层数；e.按照SI的原则考虑叠层，优先保证高速串行电路的SI；f.确定好每层的走线，电源地平面的划分，形成文档；g.设计单端走线线宽、差分线的线宽和间距、过孔的参数；（差分线线宽和间距设置的考虑因素）h.把叠层、各层单端线宽、差分线宽和间距、阻抗控制要求、板厚要求及其他要求发送给制板商，要求他们评估可行性，按照他们的反馈作调整，达到满足己方的设计目标并且制板商也能制造的目的。（这个过程很重要）l.前仿真，确定端接形式、阻值大小等m.开始小器件的布局，包括电容、电阻；（注意端接电阻、交流耦合电容、去藕电容的位置）n.设置DesignRules，包括各种间距；o.开始PCBLayout，

18、走线并划分电源地平面；p.连接性和设计规则检查；q.后仿真，局部调整；r.出Gerber文件；s.用CAM350检查Gerber文件；t.投板（Gerber文件+制板要求）；几点说明：1).阻抗控制不需要自己根据制板商提供的资料在hyperLynx里设置和调整，不同制板商的工艺不尽相同，只有他们最了解自己的工艺，所以对于客户只需跟制板商提需求，然后根据制板商的反馈设计板卡；2).SRIO和GbE的仿真，一般的研发者不具备条件。C6455的IBIS模型里没有SRIO管脚的仿真模型，Tsi568的IBIS是模型不是Tundra提供的，而是由第三方公司建立的，一般客户很难得到。HyperLynx在超

19、高速信号的仿真上准确性受到质疑。3).芯片厂商的器件手册提供了完整的SRIO信号在PCBLayout指导，结合设计者在SI方面的知识完全可以在不仿真的情况得到较好的效果。4.高速串行电路PCB设计注意事项1）.从TI推荐的C6455板卡最小叠层看SRIO走线层的分布SRIO信号走在顶层和底层，其他慢速信号走在内层。原因有二：1.表层的微带线有利于高速信号的传输，并且抗干扰性较好；2.紧挨着完整的地平面作为参考平面，有利于信号的回流和屏蔽；2).SRIO的差分阻抗必须保持在100欧；3).TIC6455的封装可以直接从网站下载;4).过孔对阻抗和SI有影响（如何设计合理的孔的大小和铜环的厚度可以

20、参考文献：Tsi568ASerialRapidIOMulti-PortSwitchLayoutGuidelines），TI推介了8-18的过孔；5).TI推荐AC耦合电容为容值为0.1uf，封装0402或者更小封装电容，AC耦合电容放置越靠近接收端越好。而Tsi568推荐0.01uf。实际调试中两种容值都用过，很难区分哪一个更好；最好的办法是C6455用0.1uf,Tsi568用0.01uf；6).TI在说明SRIO信号走线的时候，把信号线分为三段：接收端，发送端和中间联线；（接收端：接收焊盘到耦合电容；发送端：发送焊盘到BGA区域之外）；它希望发送端和接收端的走线能够直接拷贝它的；接收端，B

21、GA焊盘到电容焊盘直接的走线必须在TOP层（即没有过孔），电容的另一端可以存在过孔；走线的宽度和间距设置原则为保持差分阻抗100欧姆；发送端的出线采用屏蔽效果较好的内层；从实际情况看也是有效的。7).中间连线的走线与相关器件的位置有关，但是必须遵守以下原则：n差分对内两根线的长度差在保持在50mils之内；（最好能够控制完全等长；1.长度差异比间距变化更能影响信号质量；2.特别是板间互联的时候会加剧长度的差异，造成信号质量的进一步恶化）n没有分叉；n不要长于12inches；（不同的器件会有不同的要求，一般Switch芯片驱动能力更强，信号质量更好）n保持100欧的差分阻抗；n不要有多于两套的

22、过孔（发送端的过孔除外）n与其它信号线保持2倍差分间距以上的距离；（Tsi568推荐的是5倍）n只在板内连接，不能用电缆或者连接器；（这一条基本无效，TIDSK上的SRIO通路就是两块子板通过AMC连接器连接；另外做过试验将TMS320C6455与TSI568通过cPCI机箱二次底板互联在3.125Gbps的速率下仍能保持较好的通信质量；但是另外一个试验室的FPGAVII-PRO与TSI568通信，在2.5Gbps的情况下连接不稳定；所以跟具体器件的信号质量有很大的关系）8).时钟设计时钟设计在高速串行电路设计中尤为重要。时钟的稳定性决定了高速串行电路的稳定性。Jitter如下所示：C6455

23、的对SRIO时钟的要求：Tsi568对时钟的要求：S_CLK_1:312.5MHzS_CLK_2:250MHz时钟的支持的电平标注：LVDSLVPECL高频时钟的产生：1.直接使用高精度的差分晶振；2.高稳定性的晶体+高性能的时钟合成器件；9).DSP和Switch使用同一个复位；10).PHY芯片是数模混合芯片，PHY芯片的资料会对器件布局、电源/地平面处理作出要求，PHY芯片的模拟端为四对差分线，一般要求在PHY芯片管脚处有上拉和去藕，并且差分阻抗保持为100欧姆6.5SRIO调试方法1).正确配置DSP和SwitchSRIO的工作模式；如都工作在4Lanes，1.25Gbps（注：DSP

24、的配置程序在其SRIO的文档中有详细的介绍，拷贝之后根据实际情况稍作改动就可使用；Switch的配置可以通过配置引脚）2).如何判断SRIO物理层的连接已经建立；查询SPn_ERR_STAT的PORT_OK位；或者查询Switch中相应的寄存器；3).访问Switch中的寄存器两条途径：a.DSP作为Host发起对Switch的配置访问；b.通过JTAG访问；Tundra公司提供了主机软件，可以通过并口访问Switch，但是需要制作/购买一条下载线；4).如何通过Switch进行数据包的传输；路由表的配置；5).路由表配置的三条途径：a.DSP作为Host的动态配置；b.主机软件通过下载线实时

25、配置；c.将路由表信息存在EEPROM中，上电后自动加载；6.6SRIO调试中可能的问题及解决1.物理层上建立连接a.确认DSP和Switch物理层配置是否正确；b.用高采样率的示波器观察波形和眼图；（泰克）c.如果DSP与Switch之间的SRIO信号线很长，可以考虑调整它们驱动信号的幅度；c.采用芯片提供的传输预加重和接收均衡功能传输预加重：传输预加重：将高频加入传输信号，以解决信号衰减及端点间相移的问题接收均衡：接收均衡：运用增强器传输功能，补偿因电路板及背板引起的高频传输损耗及相移主要内容nRapidIO概述nC6000DSP的SRIO接口设计nSRIOSwitch的电路设计nSRIO

26、网络的配置nSRIO接口的使用方法nSRIO电路PCB设计与调试nC6000 DSP的的SRIO软件设计软件设计n基于SRIO互联的系统实例C6455的的SRIO软件开发软件开发nSRIO模块的初始化nDirectIO模式下的数据传输nDoorbell中断的实现7.1SRIO模块的初始化nC6455SRIO模块框图7.1SRIO模块的初始化nC6455SRIO初始化过程使能相关模块n全局使能nPort03使能nLSU,MAU;TXU,RXU使能SERDES的配置nPLL配置：配置link速率nReceiver配置：EQ,INVPAIR,RATEnTransmit配置:DE,SWING,INVP

27、AIR,RATE7.1SRIO模块的初始化nC6455SRIO初始化过程SourceID的配置nRIO_DEVICEID_REG1nRIO_DEVICEID_REG2nRIO_BASE_ID操作能力的配置n源操作能力：RIO_SRC_OPn目的操作能力：RIO_DEST_OP使能IOnRIO_SPn_CTL7.1SRIO模块的初始化nC6455SRIO初始化过程等待底层连接建立nRIO_SP0_ERR_STAT：Portok！使能逻辑层数据流7.1SRIO模块的初始化nC6678SRIO初始化过程与C6455的不同只能选择Core0进行SRIO初始化需要对PSC进行配置，以使能SRIOPowe

28、rDomain和时钟对TX、RX和PLL的设置之前需要通过KICK寄存器进行解锁，配置完后需要锁定；7.2C6455DirectIO数据传输nLoad/Store 数据传输框图数据传输框图7.2C6455DirectIO数据传输nLoad/Store 模块的数据流模块的数据流7.2C6455DirectIO数据传输nLoad/Store 寄存器寄存器7.2C6455DirectIO数据传输nLoad/Store 寄存器的时序寄存器的时序7.3C6678DirectIO数据传输nLoad/Store 寄存器寄存器17.3C6678DirectIO数据传输nLoad/Store 寄存器寄存器27.

29、3C6678DirectIO数据传输nC6678 DirectIO的特点SrcID_MAP选用16个RIO_DEVICEID_REGn的内容作为SOURCEID，针对多核应用；C6678的LSU一次最多可发送1MB，效率高（C6455为4KB）C6678具有32组shadowregister，每个LSU可对应若干组shadowregister，可同时启动多组传输设置；具有具有LCB和LTID，可区别对同一LSU不同shadowregister的操作及其返回结果；当传输不成功的时候，具有RESTART和Flush的功能。7.3Doorbell中断的实现n初始化Doorbell中断与一般的中断初始

30、化基本相同有8个INTDST，分别为07,它们可选择的中断事件为20,21和22,通过INTMUX选择具体的中断号需要额外设置的寄存器：nDOORBELL0_ICCR：InterruptConditionClearRegisternDOORBELL0_ICRR：InterruptConditionRoutingRegistersnINTDST0_RATE_CNTL:InterruptRateControlRegister7.3Doorbell中断的实现n发送Doorbell中断在LSU_reg5中设定Packettype=0 xA0；在LSU_reg5的DrbllInfo中添加信息；nDoorbell中断服务子程序与普通中断服务子程序相同通过DOORBELL0_ICCR清除中断标志通过设置INTDSTn_RATE_CNTL以便及时响应下一个中断8基于SRIO互联的系统实例nSAR-GMTI处理机8基于SRIO互联的系统实例nISAR实时成像处理机8基于SRIO互联的系统实例n图像处理子系统实物照片8基于SRIO互联的系统实例n图像处理子系统原理框图