aurora協(xié)議詳情

1、<p><b>　　文獻綜述</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，發(fā)展和現(xiàn)狀。著重介紹了Aurora協(xié)議的原理，接口及應用等相關知識。</p><p>　　關鍵詞：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大。處理器速率的提高無助于改進處理器和外設芯片之間的連接或多處理器系統(tǒng)中多個處理器間的連接。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]。當前，在系統(tǒng)級互連設計中， 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。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計。人們已經(jīng)意識到不論是單端并行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，被越來越廣泛地應用于各種系統(tǒng)設計中，包括PC、消費電子、海量存儲器、服務器、通信網(wǎng)絡、工業(yè)計算和控制、測試設備等。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，F(xiàn)P

7、GA由于其靈活性和低成本為高速串行接口的設計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公司提供的一個開放、免費的鏈路層協(xié)議，可以用來進行點到點的串行數(shù)據(jù)傳輸，具有實現(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。Aurora允許器件之間以下圖所示的方式通過多個MGT通道綁定完成通信。單個GTX通道可實現(xiàn)750Mbit/s-6.5Gbit/s的通信傳輸，多個GTX通道的組合可實現(xiàn)幾十Gbit/s 甚至上百Gbit/s的通信傳輸。圖1中，MGT到MGT之間的一個鏈接被稱為“弄”</p><p>　　圖1 aurora協(xié)議應用舉例[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)和標準協(xié)議的上層在其頂部運行并提供方便的訪問。Aurora核為用戶提供了一個透明的物理層接口，它支持任何上層私有的或符合工業(yè)標準的協(xié)議，如TCP/IP、Ethern- et等。</p><p>　　此易用、預定義的協(xié)議只需很少時間即可與現(xiàn)有的用戶設計集成[12]。但也存在一些不完善的地方：aurora不具備地址機制，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連接到用戶的應用設計中，并提供一套LocalLink兼容的輸入輸出信號來接收和發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，其接口信號如圖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。對我們使用的Aurora協(xié)議引擎來說，一個串行通道就由1個“弄”組成。這里，“弄”是設計中每個MGT的數(shù)據(jù)路徑標識。插入空閑狀態(tài)的目的是為了填充“弄”來完成字邊界對齊。圖2中的REM總線(data rema

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

13、RC_RDY_N信號來產(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)議引擎自動完成以下功能：檢測和丟棄控制字節(jié)；置位PDU綁定信號；從“弄”中恢復數(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操作有兩個狀態(tài)機控制：tx和rx。Rx狀態(tài)機將空rx fifo的狀態(tài)。當有溢

15、出危險時，它會生成NFC pdu，要求對方在特定的時間內(nèi)暫停傳輸用戶pdu。Tx狀態(tài)機通過在要求的時間內(nèi)等待予以相應，從而使rx fifo從一處狀態(tài)恢復。發(fā)送NFC要求的同時，tx狀態(tài)機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。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的應用</p><

18、p>　　Aurora 是一種簡單的可擴展的開放協(xié)議，支持各種各樣的應用。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布線復雜程度和布線層數(shù)。</p><p>　　板間通信：aurora使用標準的8b/10b編碼，使得aurora可以與很多現(xiàn)有的標準兼容。而且，aurora的數(shù)據(jù)傳輸率和通道個數(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不僅僅應用與FPGA設計，還可應用于ASIC設計中。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)議由于其可擴展性，可以被廣泛應用在各個領域，為新一代通信及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡應用提供了一個可靠的解決方案，雖然不是最好的，但相信隨著技術(shù)的發(fā)展，Aurora還會不斷進步在更多的場合綻放出耀眼的光彩。</p><p>　　參 考 文 獻</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]；計算機與網(wǎng)絡-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)中的應用初探[J]；計算機與數(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)研究及其模型驗證[J]；航空計算技術(shù)，2009年，第四期：128-129</p><p>　　[8]鄧焰，戎蒙恬，基于FPGA的3.125Gbit/s串行通道設計實驗[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)的設計與實現(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計與實現(xiàn)[J]；計算機工程與應用，</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