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Xilinx SERDES調試方法

2015-10-08

  FPGA SERDES的應用需要考慮到板級硬件,SERDES參數和使用,應用協議等方面。由于這種復雜性,SERDES的調試工作對很多工程師來說是一個挑戰。本文將描述SERDES的一般調試方法,便于工程師準確快速定位和解決問題。
  硬件檢測
  硬件檢測可以分為原理圖/PCB檢查和板上硬件檢查。這一部分的工作相對簡單,但是很多時候問題是由這些看起來很不起眼的地方導致的。
  a)       原理圖/PCB檢查
  根據SERDES應用手冊要求檢查原理圖和PCB設計。例如對于Xilinx 7系列GTX/GTH SERDES,可以參考UG476的Board Design Guidelines檢查原理圖和PCB設計。
  b)       板上硬件檢查
  使用示波器/萬用表等儀器設備實際測量板上硬件,確認提供給SERDES的工作環境正常。
  i.            檢查電源的電壓/精度/紋波/上電順序是否符合數據手冊的要求。例如對于Xilinx 7系列GTX SERDES,需要對照DS182檢查。
  ii.            檢查SERDES參考時鐘頻率/擺幅是否符合數據手冊的要求,以及參考時鐘的管腳位置是否正確。
  iii.            物理通道的檢查,例如確認AC耦合電容的容值是否正確,光模塊是否兼容,焊接是否正常。
  2.使用IBERT
  IBERT是一個強有力的調試工具,可以用于調整參數設置和確認系統余量,也可以用于故障現象判斷。IBERT在CORE generator里產生工程和BIT文件。將BIT文件下載到FPGA后,使用ChipScope Analyzer連接到FPGA上,就會出現IBERT的GUI調試界面。
  a)       檢查PLL是否LOCK,如果沒有,需要檢查時鐘和電源。比如時鐘頻率是否正確,SERDES是否選擇了正確的時鐘源。
  b)       將SERDES的TX和RX設為相同的數據pattern,例如PRBS-31。設置SERDES為Near-end PMA模式。如果這一步不能工作,檢查TX/RX極性是否反轉;檢查TXUSRCLK/TXUSRCLK2/RXUSRCLK/RXUSRCLK2上的時鐘頻率是否正常。通過這一步保證SERDES內部工作正常。
  c)        將SERDES設置為Far-end PMA和Far-end PCS模式,確認遠端設備的SERDES是否收發正常。通過這一步排除和時鐘OFFSET相關的問題。
  d)       如果這些步驟工作正常,但是誤碼率很高,有可能是參數設置有問題。需要通過調整TX/RX的參數設置來解決。也可以通過EYE SCAN功能來得到最佳設置和判斷系統余量。
  3. 通用的調試步驟
  通常會使用一定的調試步驟來定位問題,避免重復工作。一開始,一般不進行整個工程的測試,而是基于SERDES的Wrappers工程,以方便定位問題。一般可以使用CORE generator里的Transceivers Wizard產生的Example Design。在Core generator里產生Transceivers Wizard的Example Design后,會輸出源文件和scripts。利用scripts可以直接產生運行結果。Example Design里的數據產生和檢測都是基于BRAM,可以很方便的修改數據。在工程里面,Chipscope VIOs and ILAs必須被加入到工程里面,進行控制和調試分析。
  a)       進行Near-end PCS測試。
  i.            啟動SERDES復位(VIO)。
  ii.            確認復位結束(VIO)。
  iii.            檢查SERDES狀態信號(VIO)。
  iv.            使用計數器確認時鐘頻率(VIO)。
  b)       進行Near-end PMA測試。
  i.            確認CDR工作正常,檢測CDR產生的恢復時鐘(VIO)。
  ii.            Comma alignment和8B/10B狀態檢查(ILA)。
  c)        正常操作檢測
  i.            確認clock correction電路狀態(ILA)。
  ii.            確認Channel bonding電路狀態(ILA)。
  iii.            鏈路通訊檢查(ILA和VIO)。

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