Kintex7的SERDES的结构图 CPRI应用的应用
kintex7系列的gtx，以其良好的性能和功耗表现，已经成为业界fpga选型时的明星。由于其良好的dfe性能，它能提供高达12.5gbps的过背板能力，能支持在插损高达30db的信道上可靠传输。在众多的serdes应用中，有些应用比较特别，那就是需要在实际运行过程中动态切换gtx的链路速率，如无线中的crpi接口，需要同时支持9.8g，4.9g，2.4g等众多速率。那么，如何能做到可靠地进行速率切换呢？本文就此作为主题，希望能充分发挥gtx的优势。
1. 背景知识gtx结构 kintex7的serdes的结构图如图1。
图1 kintex7 gtx结构图
以发送方向为例，参看图2的发送方向的时钟分布图：
图2 gtx 发送方向时钟分布图
kintex7在进行链路速率切换时，主要有如下几种办法：
1） 切换qpll/cpll的参考钟源头；
2） 通过drp接口修改qpll/cpll的参数设置
3） 切换qpll/cpll提供链路时钟；
4） 调整pma的分频系数。
gtx工作模式介绍 在gtx内部，有2种工作模式：lpm模式和dfe模式。
lpm（low power mode）模式是低功耗模式，其主要支持低插损信道，链路速率《11.2g，信道插损在12db以下的情况。在lpm模式中，ctle和baseline wander cancellation都是全自动的，不需要手工调整。lpm模式的结构图如下：
图3 lpm模式下gtx结构图
dfe模式则提供更好的信道补偿，其能够支持高达12.5g的链路速率，并在信道插损大于8db的场景下有良好表现。dfe和ctle不同，它不会放大噪声和串扰，能纠正信道不连续引起的反射。它能自动利用agc，ctle，dfe和baseline wander cancellation来完成信道补偿，同时也支持ctle手动模式。dfe模式下gtx的结构图如图4。
图4 dfe模式下gtx结构图 8b/10频谱特性介绍 为何单独介绍8b/10b呢？主要是因为采用8b/10b编码的系统，其当系统空闲时，大体上都会发送固定码型的数据，如802.3中定义的/i1/和/i2/。固定码型的数据其频谱比较离散，有太多的毛刺，不利于emi也不利于dfe进行补偿跟踪。一般来说，当链路速率》5gbps时，只是简单的采用8b/10b编码已经不适合。众多协议一般此时会使用加扰进行替代或者在8b/10b编码前先对数据进行加扰。
在实际应用中，可以通过示波器对信号进行快速fft分析，得到其频谱特性。如果频谱毛刺比较多，那么就需要考虑在发送端改善信号频谱。图5是8b/10b编码下，不同的模式的频谱。从图上可以看出，发送固定序列的akr idle和gbe下的/i2/，其频谱毛刺都很多，不适合于dfe工作。
图5 频谱图
gtx复位流程 如果是以ise14.4例化gtx，那么gtx的ip版本应该是2.4。在此版本的example code中，对于gtx的复位流程有充分的考虑。其可以作为大家设计gtx的复位处理的样板。复位顺序的一个总体原则是：从pll，到pma，再到pcs，再到用户逻辑，依序处理。需要注意的是，gtx的复位都以统一的gtrxreset/gttxreset来启动，而复位模式则配置成sequential reset。
在接收方向，复位流程大致为：
图7 gtx接收方向复位流程图
在发送方向，复位流程大致为：
图8 gtx发送方向复位流程图
2. gtx配置介绍 gtx的配置需要重点关注的是：1） agc；2） ctle；3） rxcdr_cfg；4） 发送方向的pre-emphasis。本文主要讨论前面3项。
lpm模式下，agc和ctle都是全自动模式。其也提供了hold，override端口进行控制，如{rxoshold， rxosovrden}，{rxlpmlfhold， rxlpmlfklovrden}，{rxlpmhfhold， rxlpmhfovrden}。
在dfe模式下，同样也提供了hold，override端口进行控制各种属性。其还分为ctle auto模式和ctle manual模式。ctle auto模式的启用可以通过drp接口修改如下属性来完成。
rx_bias_cfg［5:4］ = 2‘b11
rx_dfe_kl_cfg2［26:23］ = 4’b0111
rx_dfe_lpm_cfg［5:2］ = 4‘b0010
而在ctle manual模式下，通过drp接口修改rx_dfe_kl_cfg2属性，可以调整ctle的频率响应曲线，从而获得适合于信道的值。
图9 dfe模式下ctle的设置
除去上面的配置，影响gtx性能的还有rxcdr_cfg属性，其也只能通过drp接口完成修改。具体推荐配置值参看表1。
3. cpri下gtx速率切换流程 cpri一般分如下几个工作链路速率：
1） 2.4576 gbps
2） 3.072 gbps
3） 4.9152 gbps
4） 6.144 gbps
5） 9.8304 gbps
在实际应用中，如果最高速率需要支持到9.8304gbps，那么qpll是必须启用的。由于每个quad只有1个qpll，如果quad里的4个gtx都要单独调节链路速率，那么qpll就只能工作在9.8304gbps。下面又分2个情况进行讨论：
a） 支持的速率有倍速关系；
只需要通过修改pma部分的rxout_div和txout_div属性，或者rxrate和txrate端口即可，而qpll只工作在9.8304gbps上。
b） 支持的速率没有倍速关系。
除9.8304gbps及其他和9.8304gbps有倍速关系的速率外，其他速率的支持通过cpll来支持。在cpll不使用的时候可以讲起powerdown。
无论上面的哪种配置场景，其最基本的速率切换流程都不会有太大区别。其切换流程大体都应如下：
step1：通过drp接口更新相关属性：
rxcdr_cfg，值具体参照表1
rx_bias_cfg
rx_dfe_kl_cfg2，值具体参照图9
rx_dfe_lpm_cfg
rxoutdiv
txoutdiv
step2：复位gtx，参照gtx的复位流程。
值得注意的是，由于不同的链路速率下信道的表现不一致，rxcdr_cfg，rx_dfe_kl_cfg2的最佳值都会有不同，所以在切换速率时，必须通过drp接口将最佳值配置到gtx。在切换lpm模式和dfe模式时，也必须从pma开始进行一次完整复位。
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以发送方向为例，参看图2的发送方向的时钟分布图：
图2 gtx 发送方向时钟分布图
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1） 切换qpll/cpll的参考钟源头；
2） 通过drp接口修改qpll/cpll的参数设置
3） 切换qpll/cpll提供链路时钟；
4） 调整pma的分频系数。
gtx工作模式介绍 在gtx内部，有2种工作模式：lpm模式和dfe模式。
lpm（low power mode）模式是低功耗模式，其主要支持低插损信道，链路速率《11.2g，信道插损在12db以下的情况。在lpm模式中，ctle和baseline wander cancellation都是全自动的，不需要手工调整。lpm模式的结构图如下：
图3 lpm模式下gtx结构图
dfe模式则提供更好的信道补偿，其能够支持高达12.5g的链路速率，并在信道插损大于8db的场景下有良好表现。dfe和ctle不同，它不会放大噪声和串扰，能纠正信道不连续引起的反射。它能自动利用agc，ctle，dfe和baseline wander cancellation来完成信道补偿，同时也支持ctle手动模式。dfe模式下gtx的结构图如图4。
图4 dfe模式下gtx结构图 8b/10频谱特性介绍 为何单独介绍8b/10b呢？主要是因为采用8b/10b编码的系统，其当系统空闲时，大体上都会发送固定码型的数据，如802.3中定义的/i1/和/i2/。固定码型的数据其频谱比较离散，有太多的毛刺，不利于emi也不利于dfe进行补偿跟踪。一般来说，当链路速率》5gbps时，只是简单的采用8b/10b编码已经不适合。众多协议一般此时会使用加扰进行替代或者在8b/10b编码前先对数据进行加扰。
在实际应用中，可以通过示波器对信号进行快速fft分析，得到其频谱特性。如果频谱毛刺比较多，那么就需要考虑在发送端改善信号频谱。图5是8b/10b编码下，不同的模式的频谱。从图上可以看出，发送固定序列的akr idle和gbe下的/i2/，其频谱毛刺都很多，不适合于dfe工作。
图5 频谱图
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在接收方向，复位流程大致为：
图7 gtx接收方向复位流程图
在发送方向，复位流程大致为：
图8 gtx发送方向复位流程图
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lpm模式下，agc和ctle都是全自动模式。其也提供了hold，override端口进行控制，如{rxoshold， rxosovrden}，{rxlpmlfhold， rxlpmlfklovrden}，{rxlpmhfhold， rxlpmhfovrden}。
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rx_dfe_lpm_cfg［5:2］ = 4‘b0010
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