Xilinx系列FPGA板间高速通信实现

在高速通信领域，FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是关键的硬件组件之一，它们被广泛用于实现高速数据传输。Xilinx作为FPGA技术的先驱，提供了大量相关资料供设计人员学习如何在板间实现Gbps级别的数据通信。 让我们聚焦于系统设计趋势。系统设计正朝着易于扩展性能、极高的可用性、灵活的架构以及标准化方向发展。快速上市时间和降低产品成本也是推动硬件设计的重要因素。 通信系统和计算机系统正在向串行背板（Serial Backplanes）过渡。过去，计算机系统使用并行总线技术如PCI，而现在则转向串行标准。例如，Fiber Channel、Ethernet和InfiniBand等串行标准正逐步取代并行接口。并行标准向串行的转变，例如PCI变为PCI Express (3GIO)，RapidIO变为Serial RapidIO，以及ATA变为Serial ATA，都显示了这一技术演进的轨迹。 串行连通性之所以受到青睐，是因为它在提供更高的带宽的同时，减少了所需引脚的数量。传统的PCI接口使用32位×33MHz，与5个客户共享1Gbps的带宽，总共需要250个引脚。相比之下，Virtex-II Pro系统使用2.5Gbps×4×5，即50Gbps的带宽，但却只需要80个引脚，每个客户端都保证有2.5Gbps的带宽，相比于并行接口，带宽提高了50倍，而引脚数量却减少了不到三分之一。 串行链路速率的演进表明了技术的发展，比如从OC-3和OC-48到10 Gigabit Ethernet (10GE)，从Gigabit Ethernet (GigE)到Fiber Channel (FC)，速率的提升可以达到数十倍。串行拓扑结构如交换型拓扑和全网状拓扑为网络设计提供了高度的灵活性。 在构建串行背板时，使用FPGA具有显著优势。Xilinx的Virtex-II Pro平台提供了多种多吉比特串行收发器，支持622Mbps至3.125Gbps的全双工操作，并拥有灵活的PCS/PMA特性集。这些特性允许设计人员构建高速、灵活的网络架构，并能够根据需求进行定制。 Xilinx的RocketIO技术提供了物理编码子层（PCS）和物理介质附件（PMA）的功能，支持从622Mbps到3.125Gbps的全双工操作。这一技术涵盖了从编码、解码、串行化、接收缓冲等全系列功能，使得FPGA可以作为一个完备的串行背板解决方案的核心。 在设计Gigabit串行背板时，Xilinx FPGA能够提供一系列的高速串行收发器，这些收发器能够与多种标准兼容，例如XAUI (10Gigabit Ethernet)，它实际上是由四个3.125Gbps的通道绑定形成的。 Virtex-II Pro平台上的RocketIO技术是Xilinx提供的串行背板接口技术。该技术集成了信号的传输和接收，包括20倍的时钟倍增器、时钟恢复、通道绑定和时钟校正功能。它支持高达16位或32位的串行数据传输，并且具有灵活的PCS/PMA特性集，这对于板间通信中的高速串行通信而言至关重要。 这些技术特性使得Xilinx系列FPGA在实现板间高速通信方面具备显著优势。设计人员可以利用这些技术特点来构建高性能的通信系统，满足现代数据中心、网络交换机和其他高带宽应用的需求。通过FPGA的可编程性，设计人员可以针对具体应用场景进行优化，实现特定功能，并可以随市场和技术发展进行更新和升级。总而言之，Xilinx系列FPGA为高速板间通信提供了一种灵活、可靠且高性能的解决方案。