导言
跟着网络技能的不断发展，数据交流、数据传输流量越来越大。特别像雷达，气候、航天等范畴，不只数据运算率巨大，核算处理杂乱，并且需求实时高速长途传输，需求长时间安稳有用的信号加以支撑，以便可以取得愈加精准的数据收发信息，更好的为工程项目服务。传统的并行传输方法因为走线多、信号间串扰大等缺点，无法打破本身的速度瓶颈。而串行传输具有更高的传输速率但只需求少数的信号线，降低了板开发本钱和杂乱度，满意高频率远距离的数据通信需求，被广泛使用到各种高速数据通信体系规划中。
现在，高速串行接口替代并行拓扑结构已经是大势所趋。当今许多共用互连规范(如USB，PCI-Express)都是依据串行衔接来完结高速传输的。比较于并行总线，串行衔接的物理紧密度和链路耐性具有许多优势。因而，许多传输范畴都转向了串行传输，如笔记本电脑显现互连、高速背板互连和存储器内部互连。该体系涉及到的技能首要包括：光纤传输、PCIE(PCI-Express)传输和DDR缓存技能，以及这几种技能在FPGA中融合为一个完好的串行传输链路，并完结了在两台服务器之间的高速数据传输测验，这关于实践工程使用具有重要的现实意义。
1 体系结构
高速串行传输体系作为数据收集、传输、存储中的一部分，对传输功能指标有着严厉的要求。该体系要完结光信号到PCI-Express接口信号的彼此转化，并在转化过程中完结数据的高速传输。信号一般可达4．25Gb／s，处理如此高的数据对硬件规划提出了很大的应战。其间所包括的硬件有：高速光电转化电路，FPGA数据处理电路、DDRⅡ数据缓存电路、时钟办理电路、PCIE传输模块电路、电源模块电路、自定义扩展接口电路。体系框图如图1所示。
图1 体系框图
技能要求首要有以下几点：首要，传输卡中的4个光纤通道，每通道要到达2 Gb／s以上。其次，PCIE传输速率不小于6 Gb／s，支撑DMA传输。再有，光纤和PCI-E传输误码率要小于1×10-10，接连传输相对安稳。
图1中各个模块的功用如下：Virtex5作为传输卡的中心，用来完结数据从光纤接口到PCIE接口的高速转化。光纤传输模块的效果是将内部数据通过编码后，通过光缆传输给接纳体系，以及接纳外来光数据，并将光数据传送给FPGA处理电路DDR缓存模块的效果，便是将传输过程中的高速数据，进行缓存，以坚持数据的完好性。PCI-Express传输模块的效果，便是与PC之间完结PCI-Express传输协议，与PC完结串行数据传输，一起与外部扩展接口，DDR缓存，光纤传输模块完结内部并行数据的交流。QTE自定义接口模块的效果，便是进行外部功用扩展。比方，可以扩展高速数据收集板卡、存储硬盘卡、图画收集卡等。时钟办理模块的效果，是给光纤传输模块供给参阅时钟。时钟频率由FPGA的时钟操控模块操控。依据光模块的功能，给出指定的时钟。PCI-Express的参阅时钟，是通过芯片从PC主板上提取的。电源办理模块的效果，是给整个体系供给各种不同的电压。
2 体系模块规划与完结
为了完结所要求的体系配置，更好地发挥各模块本身及彼此之间的效果，有必要对模块间进行体系的协议剖析。该体系的数据传输是双向的，既可以传输数据，也可以接纳数据。它首要由电源办理模块，时钟办理模块，PCI-Express传输模块，DDR缓存模块，光纤传输模块和外部扩展接口组成。其间，时钟操控模块和AURORA发送模块、Aurora接纳模块是整个规划的要点。
2．1 时钟操控模块
时钟操控模块首要用来操控FPGA外围的时钟芯片ICS8442来发生所需求的高信噪比、低颤动的差分时钟。其模块电路如图2所示：输出其间的信号用来完结对ICS8442的编程，使其可以发生所需求的时钟信号。
图2 模块电路图
ICS8442的功能参数如下：输出信号频率规模为31．25～700 MHz；晶振频率规模为10～25 MHz；VCO频率规模为250～700 MHz；ICS8442是LVDS逻辑电平，具有极低的相位噪声，这种特性使它十分合适用来为吉比特以太网或同步光纤网供给时钟信号。
ICS8442的内部结构图3所示。ICS8442内部有一个完好的PLL锁相环，其VCO的输出频率规模在250～700MHz之间，倍频系数是由M决议的，M的取值规模在10～28之间。VCO的输出频率为：
ICS8442终究的输出成果还要通过一个分频器N，终究输出成果的频率和晶振输入频率的关系式为：
其间：N是一个2位的寄存器，其对应的取值如表1所示。
表1 N寄存器对应的取值
图3 ICS8442的内部结构
对ICS8442时钟芯片的操作首要是对寄存器M，N的写操作。ICS8442支撑并行写操作和串行写操作，依据硬件电路的规划，程序选用串行的写操作时序。当%&&&&&%S8442的nP_LOAD置为高电平和S_LOAD置为低电平时，芯片完结串行操作。操作时序如图4所示。
