基于FPGA的高速接口中多指针弹性缓冲器设计

摘要

弹性缓冲技术广泛应用于高速接口的接收端，通过同步输入输出的数据、补偿时钟偏差来保证数据的正确传输。而传统弹性缓冲器通过写指针跳跃和断点保存来添加特定字符(SKP)。这种方法容易带来复杂的异步控制电路，产生数据接收紊乱等状况。另外，高速接口对于这种单指针读写的弹性缓冲器有很高的频率要求，容易产生复杂的时序问题。
　　本论文通过分析弹性缓冲技术的工作原理和方法，提出了多指针弹性缓冲器设计方法。它通过四个读写指针寻址完成数据的输入和输出，并将添加、删除操作分开在不同的时钟域（写指针寻址完成SKP删除，读指针寻址完成SKP添加），来避免复杂异步控制电路的出现。本文所做的工作如下
　　(1)首先介绍了传统弹性缓冲器的工作原理和工作区域，分析了传统弹性缓冲器在添加和删除SKP时读写指针的操作方法。并针对此方法带来的时序问题，提出了一种新的多指针弹性缓冲器。
　　(2)然后以USB3.0协议为标准，详细说明了多指针弹性缓冲器的工作原理及读写指针的操作方法。多指针弹性缓冲器工作时，首先利用输入控制单元改变输入数据中SKP对的排序，输出控制单元改变输出的数据;其次在阈值检测单元中检测弹性缓冲器中的有效数据量是否达到添加或删除的阈值，发出有效指令到读写指针控制单元;最后通过控制四个读写指针寻址来添加和删除数据中的SKP，维持弹性缓冲器的半满状态。
　　(3)最后，本文通过仿真软件Quartus和Modelism对多指针弹性缓冲器做了时序仿真，并且将程序下载到FPGA开发板中，用逻辑分析仪观察波形。实验结果表明所设计的弹性缓冲器可正确实现SKP的添加和删除功能，且时钟频率能够满足USB3.0的协议要求。

目录

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摘要

英文摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 课题主要研究内容及意义

1．4 论文内容

第2章 传统弹性缓冲器分析

2．1 基于FPGA的电路开发流程介绍

2．1．1 功能定义及设计输入

2．1．2 功能仿真

2．1．3 综合优化及后仿真

2．1．4 布局布线与时序仿真

2．1．5 板级验证

2．2 传统弹性缓冲器在不同接口中的作用区域

2．1．1 USB2．0中弹性缓冲器的作用区域

2．2．2 PCI Express中弹性缓冲器的作用区域

2．2．3 USB3．0中弹性缓冲器的作用区域

2．2 传统弹性缓冲器在USB3．0中的容量及原理

2．2．1 传统弹性缓冲器在USB3．0中的容量

2．2．1 传统弹性缓冲器原理

2．3 传统弹性缓冲器的结构

2．4 传统弹性缓冲器的不足与改进方式

2．4 本章小结

第3章 多指针弹性缓冲器设计

3．1 多指针弹性缓冲器的实现方式

3．2 多指针弹性缓冲器的容量设计

3．3 多指针弹性缓冲器的设计原理

3．4 多指针弹性缓冲器结构设计

3．5 多指针弹性缓冲器结构的各单元模块设计

3．6 多指针弹性缓冲器的流程设计

3．7 本章小结

第4章 多指针弹性缓冲器的仿真与测试

4．1 仿真工具简介

4．2 多指针弹性缓冲器的电路占用资源及运行频率

4．3 多指针弹性缓冲器的电路时序仿真结果

4．4 多指针弹性缓冲器的电路实验结果

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

图表目录

攻读学位期间取得的学术成果