Xilinx FPGA平台GTX简易使用教程GTX复位与初始化

Posted 2021-12-21 FPGA大叔

所有IP核没有正确工作，原因一半是时钟，一半是复位。

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汇总篇：

Xilinx FPGA平台GTX简易使用教程（汇总篇）

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目录

前言

一、复位与初始化

 二、复位模式

三、CPLL复位

四、QPLL复位

  五、GTX TX初始化与复位

5.1 GTX TX复位和初始化的端口信号

5.2 GTX TX复位对配置完成的响应

5.3 GTX TX复位对GTTXRESET脉冲的响应

5.4 GTX TX 模块复位

 六、RX复位与初始化

结论

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前言

        复位与初始化部分其实还挺复杂，还好GTX已经帮我们做好了，不想麻烦的直接跳到文末看结论~~~不过了解下也挺有意思的~~

        同时GTX复位也挺随意的，你想怎么复位都可以，支持整体复位，单个组件复位。我们也可以不复位，核不会因为我们没有进行软复位就不对核进行复位，在上电之后会自动进行一系列的复位，不随你的意志而转移。下面我们就来仔细研究研究GTX的复位吧！

        鉴于笔者刚学习FPGA半年时间，对一些底层内容还不是很熟悉，所以本章内容基本为UG476关于复位和初始化章节的翻译。

一、复位与初始化

        在FPGA上电配置之后，必须进行初始化才能使用GTX/GTH。（后文全用GTX表示，同样适用于GTH）GTX的发送器（TX）和接收器（RX）可以独立的同步进行初始化。

GTX的TX和RX初始化包含两步：

1. 初始化相关的PLL来驱动TX/RX
2. 初始化TX和RX的数据路径（PMA+PCS）

        GTX的TX和RX能从QPLL或者CPLL接收一个时钟。所以在TX/RX初始化之前必须对相关的PLL(QPLL/CPLL）进行初始化。TX/RX使用的任何PLL都是单独的进行复位，PLL复位操作与TX/RX复位完全独立。TX/RX的数据路径复位必须在相关的PLL复位完成，locked之后进行。（就跟我们使用PLL  IP核一样，等locked拉高之后，时钟稳定才能使用）

 看图说话：TX/RX是独立的并行的进行复位操作。

        GTX的TX和RX使用一个状态机来控制初始化过程，并被划分为几块来分别复位。该划分允许复位状态机按顺序控制复位过程：PMA可以首先被复位，PCS可以在TXUSERRDY或者 RXUSERRDY信号被断言后进行复位。在需要的时候，它也同样允许PMS，PCS，他们内部的功能模块独立的进行复位。

        GTX提供了两种复位类型： initialization 和 component。

• Initialization Reset: 初始化复位。这种复位用作GTX完全复位。必须在设备上电及配置完成之后。在必要的时候，TX端口和RX端口的复位(GTTXRESET 和 GTRXRESET)同样可被用来重新初始化GTX的TX和RX。  

• Component Reset: 模块复位。对TX / RX 单独部分进行复位。 TX模块复位端口包括TXPMARESET 和TXPCSRESET 。RX 模块复位端口包含RXPMARESET，RXDFELPMRESET，EYESCANRESET， RXPCSRESET， RXBUFRESET和 RXOOBRESET。（有木有很多很复杂。。）

注：

1. 所有的复位高电平有效。
2. 这些复位都是异步的。对这些异步复位的推荐设计是一个（各自时钟域）时钟周期的脉冲信号。
3. 复位端口不应该被用做下电的目的。

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两种复位类型主要有以下不同：

TX部分：

 RX部分：

 二、复位模式

GTX的初始化复位 (initialization reset) 只能使用顺序复位模式（Sequential mode ）。 

GTX的TX复位只能使用顺序复位模式（Sequential mode ）。

GTX的RX复位可以使用两种复位模式：

Sequential mode ：顺序复位。随复位状态机（initialization 或 component）顺序复位各个部分。

Single mode ：单独复位。仅复位单个部分（PMA、PCS、内部功能块）。

复位完成由信号(TX/RX)RESETDONE表示，由低到高。

复位模式对CPLL和QPLL没有任何影响。GTX也可以被软件进行弹性复位设置，不管是哪种模式。

使用GTRESETSEL来选择复位模式，RESETOVRD必须驱动为低电平。详细见下表：

 注：复位前，GTRESETSEL和RESETOVRD需要300-500ns的有效时间。

三、CPLL复位

        在相关时钟边沿信号被检测到之前，CPLL必须使用CPLLPD端口来下电。在CPLLPD被释放后，CPLL在使用之前必须进行复位。每个GTX通道都有3个专用端口用来CPLL复位。如下图：

 CPLLRESET ：CPLL的复位输入。推荐设计是一个时钟周期。

CPLLLOCK  ：拉高时，表示CPLL的复位完成。

内部CPLL复位信号：低有效。但是由GTX内部电路产生的真正的CPLL复位必须比CPLLRESET高脉冲时间要长。这个时间跟带宽、时钟频率等有关。

四、QPLL复位

QPLL复位大致与CPLL相同。放张图：

  五、GTX TX初始化与复位

        开门见山的说：GTX的TX复位只能使用顺序复位模式（Sequential mode ）。

        GTX的TX使用一个复位状态机来控制复位过程。TX复位分为两部分：TX PMA和TX PCS。

        回忆下（1）GTX基本知识所介绍的：GTX的TX和RX均有PMA+PCS两个子层组成。

         在整个PMA和PCS中，都由这个复位状态机按顺序执行复位。如下图：

         使用TXPMARESET来对TX进行复位，TXRESETDONE拉高表示复位完成。

      直到TXUSERRDY被检测为高时，TX复位状态机才对PCS进行复位。但是，驱动TXUSERRDY为高需满足以下条件：

1. 所有应用到的时钟包括TXUSRCLK/TXUSRCLK2必须稳定，或者locked（在PLL/MMCM被使用的时候）
2. 用户接口已经准备好传输数据到GTX。

5.1 GTX TX复位和初始化的端口信号

端口	方向	时钟域	描述
GTTXRESET	输入	异步	TX复位，驱动为高，然后释放，来启动整个TX复位序列。复位序列要求的时间是决定了的。
TXPMARESET	输入	异步	TX PMA复位。驱动为高，然后释放，来启动TX PMA复位过程。在顺序复位模式时，这个复位端口将激活PMA和PCS都复位。
TXPCSRESET	输入	异步	TX PCS复位。驱动为高，然后释放，来启动TX PCS复位过程。在顺序复位模式时，这个复位端口将激活PMA和PCS都复位。
TXUSERRDY	输入	异步	在TXUSRCLK和TXUSRCLK2时钟稳定后，用户应用将该端口驱动为高。例如：使用了MMCM，那么MMCM的locked信号就可以用到这里。
TXRESETDONE	输出	TXUSRCLK2	拉高表示复位完成。
CFGRESET	输入	异步	保留。
TXPMARESETDONE	输出	异步	拉高表示TX-PMA复位完成。
PCSRSVDOUT	输出	异步	保留。

5.2 GTX TX复位对配置完成的响应

TX复位必须满足下列条件：

1.  使用顺序复位模式，GTRESETSEL必须为低。.

2.  GTTXRESET必须使用。

3.  在复位完成前（TXRESETDONE拉高），TXPMARESET和TXPCSRESET 必须驱动为低不变。

4.  在PLL locked之前，GTTXRESET不能被驱动为低。

如果加载配置时，复位模式默认为顺序复位模式，在配置加载后等待最少500ns，C/QPLLRESET 和GTTXRESET 就可以被断言了。

如果复位模式为single mode，用户必须：

1.  在配置加载完成后，等待最少500ns。

2.  将复位模式改为顺序复位模式 Sequential mode。

3.  再等待300-500ns。

4.  断言 C/QPLLRESET和 GTTXRESET。

推荐的设计是使用来自相关的CPLL或者QPLL的PLLLOCK 来释放GTTXRESET由高到低。

TX复位状态机等GTTXRESET拉高，开始TX复位，直到GTTXRESET被释放低为止。

如下图所示：

 

5.3 GTX TX复位对GTTXRESET脉冲的响应

GTX允许用户在任意时刻对TX进行复位，只需要给GTTXRESET一个有效的高脉冲信号。 TXPMARESET_TIME和 TXPCSRESET_TIME 可以被设置为静态的也可以通过DRP端口来动态设置以适配在申请 GTTXRESET之前要求的复位时间。

当使用GTTXRESET时必须满足以下条件：

1. 使用sequential mode必须将GTRESETSEL置低。
2. 在复位完成之前，TXPMARESET 和 TXPCSRESET 必须一直为低。
3.      3. 相关 PLL必须 locked。
4.      4. GTTXRESET的推荐设计是一个时钟周期脉冲。

5.4 GTX TX 模块复位

        TX PMA和 TX PCS 可以单独进行复位。在 TXPMARESET 或者 TXPCSRESE复位过程完成之前，TGTTXRESET必须保持为低。驱动TXPMARESET从高到低来启动PMA复位程序， 在TXPMARESET复位过程中，TXPCSRESET必须保持为低。

        在顺序复位模式，复位状态机在PMA复位完成后，（如果TXUSERRDY为高）自动开始PCS复位。如下图：

 当TXUSERRDY为高时，驱动TXPCSRESET由高到低来启动PCS复位程序。在PCS复位过程中，TXPMARESET 必须保持为低。

在顺序复位模式，复位状态机仅复位PCS，如下图：

 六、RX复位与初始化

已经快11点了，累了，溜了溜了，，，放张图：

 

结论

由GTX核分别输出了发送端TX和接收端RX的初始化完成信号：

TX： gt0_tx_fsm_reset_done_out（output）

RX： gt0_rx_fsm_reset_done_out（output）

直接使用这两个信号就好，TX复位完成就可以开始发送数据，RX复位就可以接收数据。

也可以加个信号 GT_RESET_DONE；

assign GT_RESET_DONE = gt0_tx_fsm_reset_done_out && gt0_rx_fsm_reset_done_out；

先用起来，后面再深入研究，不过了解了复位过程发现还是有点意思~

OK，前面说了一大堆结论却还是很简单的~

拿去搬砖吧~