Aurora 8B10B，PCIe2.0，SRIO 2.0三种串行通信协议分析

业界广泛使用的Xilinx公司Virtex-6系列FPGA支持多种高速串行通信协议，本文针对其中较为常用的Aurora 8B/10B和PCI Express 2.0，Serial RapidIO 2.0三种协议进行了测试及对比分析。 ### Aurora 8B/10B，PCIe2.0，SRIO 2.0三种串行通信协议分析 #### 引言 随着雷达技术的发展和高性能计算需求的增长，传统并行总线已经无法满足日益增加的数据传输带宽需求。Xilinx公司的Virtex-6系列FPGA因其强大的处理能力和集成的高速串行通信能力，在雷达信号处理领域得到广泛应用。本文针对Xilinx Virtex-6 FPGA支持的三种高速串行通信协议——Aurora 8B/10B、PCI Express 2.0 (PCIe2.0) 和 Serial RapidIO 2.0 (SRIO 2.0)，进行了深入的测试和对比分析。 #### 测试平台简介 测试所用平台基于实验室自行设计的PCIe光纤接收处理板，该板搭载Xilinx XC6VLX240T-2FF1156 FPGA，支持高达6.6Gb/s的链路线速率，并配备TMS320C6678 DSP处理器，支持SRIO接口。测试中使用了PCIe2.0进行FPGA与服务器之间的数据通信，SRIO 2.0用于FPGA与DSP之间的通信，而Aurora 8B/10B则用于FPGA自发自收的光纤通信。 #### Aurora 8B/10B通信测试 - **概述**：Aurora 8B/10B是一种轻量级链路层协议，旨在通过一条或多条串行链路实现设备间的高效数据传输。它可以支持流和帧两种数据传输模式。 - **测试配置**：在本测试中，Aurora 8B/10B IP核被配置为双工、流模式，参考时钟频率为250MHz。测试结果显示平均每4992个时钟周期会出现7个周期的数据无效信号。 - **传输速率分析**：基于250MHz的接收数据时钟频率和64位的数据位宽，计算出Aurora 8B/10B协议的单向传输速率为2.0GB/s，协议的实际通信效率达到了99.75%。 #### PCI Express 2.0 (PCIe2.0) 通信测试 - **概述**：PCI Express总线技术是一种串行点对点互连技术，允许每个设备拥有独立的连接，提高了数据完整性和传输效率。PCIe2.0协议的链路线速率达到5Gb/s，支持最多32x链路。 - **测试配置**：PCIe2.0通信测试通过FPGA对服务器内存的DMA读/写操作实现。服务器端使用Windriver软件进行PCIe驱动程序的开发。 - **传输速率分析**：PCIe2.0的理论链路线速率为5Gb/s，但实际应用中的传输速率会受到多种因素的影响，如协议开销、数据包大小等。测试结果表明，PCIe2.0在实际应用中能够达到非常高的传输速率。 #### Serial RapidIO 2.0 (SRIO 2.0) 通信测试 - **概述**：Serial RapidIO 2.0是一种专为高性能计算和嵌入式系统设计的串行通信协议，它支持灵活的链路配置，并具有较低的延迟特性。 - **测试配置**：SRIO 2.0通信测试主要用于FPGA与DSP之间的通信。DSP选用TMS320C6678，支持1x、2x和4x链路。 - **传输速率分析**：SRIO 2.0协议同样采用8B/10B编码，但在具体实现中，其链路线速率和支持的链路数量可以根据实际应用场景进行配置。测试结果显示SRIO 2.0协议具有很高的数据传输效率。 #### 对比分析 - **协议层次结构**：Aurora 8B/10B更侧重于链路层功能，而PCIe2.0和SRIO 2.0则覆盖了更多的协议层次。 - **链路数目与线速率**：PCIe2.0和SRIO 2.0均支持多个链路的绑定，以提高整体吞吐量；而Aurora 8B/10B主要关注单一链路的高效传输。 - **数据传输方式**：Aurora 8B/10B支持流和帧两种模式，PCIe2.0和SRIO 2.0则更多依赖于帧传输。 - **协议开销**：Aurora 8B/10B和SRIO 2.0相比PCIe2.0具有更低的协议开销。 - **拓扑结构与设备寻址**：PCIe2.0支持复杂的拓扑结构，包括菊花链、星形等；SRIO 2.0通常应用于点对点或简单的拓扑结构；Aurora 8B/10B则更适用于简单的点对点通信。 - **应用领域**：PCIe2.0广泛应用于计算机系统的扩展总线，SRIO 2.0则常见于高性能计算和嵌入式系统；Aurora 8B/10B常用于FPGA内部或与其他设备的高速通信。 虽然这三种协议都采用了8B/10B编码，但在具体的应用场景中，根据不同的需求选择合适的协议非常重要。例如，对于需要低延迟和高带宽的应用，SRIO 2.0可能是最佳选择；而对于需要高度灵活和可扩展性的应用场景，则可能更倾向于使用PCIe2.0。通过本文的研究工作，希望为这三种协议的选用、测试和工程实现提供有价值的参考。