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一，Aurora8B/10B协议
Aurora 协议是一个用于在点对点串行链路间移动数据的可扩展轻量级链路层协议（由Xilinx开发提供）。这为物理层提供透明接口，让专有协议或业界标准协议上层能方便地使用高速收发器。Aurora协议在Xilinx的FPGA上有两种实现方式：8B/10B 与 64B/10B。两个协议大部分相同，主要区别在编码方式上： Aurora 8B/10B：将8bit数据编码成10bit数码进行传输，尽量平衡数据中“0”和“1”的个数以实现DC平衡，显然这个编码方式的开销是20%，也就是效率为80%Aurora 64B/10B：将64bit数据编码成66bit块传输，66bit块的前两位表示同步头，主要由于接收端的数据对齐和接收数据位流的同步。同步头有“01”和“10”两种，“01“表示后面的64bit都是数据，“10”表示后面的64bit是数据信息。数据信息0和1不一定是平衡的，因此需要进行加扰，开销较小Aurora 8B/10B 常用于芯片（FPGA）与芯片（FPGA）之间通信。它用于使用一个或多个收发器在设备之间传输数据。连接可以是全双工（双向数据）或单工。最多可实现16个收发器（GTX，GTP或GTH），吞吐量可从480 Mb / s扩展到84.48 Gb / s。Aurora核心吞吐量取决于收发器的数量以及所选收发器的线路速率。 通过使用20％的开销来计算吞吐量Aurora 8B / 10B协议编码和以及线速0.5 Gb / s至6.6 Gb / s的线速范围来计算，其传输吞吐量为从单通道设计的0.4 Gb / s到最高16通道的84.48 Gb / s。 用户使用用户接口与Aurora 8B/10B IP核进行数据交互Aurora 8B/10B IP核是全双工模式，其数据通路由多条Lane组成发送的数据通过Aurora IP核进行8B/10B编码后，通过多条Lane发送到另一个Aurora IP核，该IP核通过用户接口将接收到的数据发送给用户 二，时钟、复位与状态指示 1，时钟高速接口的IO都在MGT bank上面 1个bank有4对Lane，2对差分时钟。 ref_clk ：Aurora IP核是基于GT作为物理层实现的，所以时钟ref_clk就是GT的参考时钟。GT的时钟参考只能使用外部的差分时钟，所以具体的值取决板卡的硬件设计。默认125Mhz。INIT CLK ：初始化阶段的时钟 ，在上电初始化阶段，可以使用该时钟来驱动一些逻辑。默认值：50Mhz。DRP CLK ： DRP时钟，动态重配置，一般没用，默认值：50Mhz（通常一个内部模块需要进行配置，使用两种方法：端口控制和配置参数控制。一个常见的应用就是线速率切换。这时候就需要利用DRP端口来调整部分参数的值，然后复位GTX，使GTX工作在不同的线速率下。）user_clk_out: 这个时钟，是IP核根据设置的线速率及Lane的位宽计算出来的用户时钟，用户需要传输的数据必须是该时钟域下的数据，否则会存在亚稳态风险。总结：1、ref_clk 的值根据对应硬件设计的来； 2，INIT CLK 和DRP CLK可以用PLL或者MMCM生成； 3、user_clk_out是用户时钟域，数据收发接口应该工作在此时钟域下。 2，复位全双工模块下的复位设计： 复位信号有gt_reset和系统复位reset两种,且都是高复位, gt_reset复位比较底层,可以理解系统复位reset是gt_reset的子集。 gt-reset复位至少在初始化INIT-CLK下持续10个clk.
系统复位 reset 至少在 user clk(也就是 user clk)稳定的条件下，持续 10个clk.
Aurora IP还提供了一系列的指示接口出来，方便进行调试：
Aurora 8B/10B IP核支持AXI4-Stream协议，并依据是否对AXI4-Stream协议进行再封装来提供两种数据传输接口：Framing 接口（帧传输接口）和Streaming接口（流传输接口）。 Framing接口（帧传输接口）：在AXI4-Stream的基础上添加了帧头、帧尾等控制信号，使得传输更准确，但是会降低传输效率和使用较多资源Streaming接口（流传输接口）：基本上就是一个非常简化的AXI4-Stream接口，只有数据有效、握手和数据信号，此种方式传输效率高，但无法保证传输的准确性 （1）AXI4-Stream位排序Aurora 8B / 10B IP核采用升序排列。 首先发送和接收最高有效字节的最高有效位。 下图显示了n字节的Aurora 8B / 10B IP核的AXI4-Stream数据接口示例。 Framing接口示意图如下：
Framing接口由于存在frame（帧）的概念，所以接口信号较之Streaming接口要复杂一点，主要接口如下： 1）发送端（相对于用户来说）： 名称方向时钟域 说明s_axi_tx_tdata[(8n–1):0]输入user_clk用户要发送的数据，位宽由链路位宽和链路数量决定s_axi_tx_tready输出user_clk为高表明当前IP核准备接收数据s_axi_tx_tlast输入user_clk发送的最后一个数据，高电平有效s_axi_tx_tkeep[(n–1):0]输入user_clk用来指示发送的最后一个数据的有效字节s_axi_tx_tvalid输入user_clk为高表明当前用户发送的数据有效 2）接收端（相对于用户来说）： 名称方向时钟域说明m_axi_rx_tdata[8(n–1):0]输出user_clk接收到的数据，位宽由链路位宽和链路数量决定m_axi_rx_tlast输出user_clk接收的最后一个数据，高电平有效m_axi_rx_tkeep[(n–1):0]输出user_clk用来指示接收的最后一个数据的有效字节m_axi_rx_tvalid输出user_clk为高表明当前接收的数据有效 3）发送数据 从发送端的几个信号就可以判断，当s_axi_tx_tready与s_axi_tx_tvalid握手成功后，即可发送数据使用s_axi_tx_tlast来表示当前发送最后一个数据s_axi_tx_tkeep来表示最后一个数据的有效字节（应用场景在发送奇数个字节时，IP核会自动添加一个pad到数据中，所以存在一个无效字节需要指出），这一点倒是与AXI4-Stream协议不太一样 4）接收数据 接收数据不需要握手过程当m_axi_rx_tvalid为高时，即说明此时的数据是有效数据，可以拿来用了m_axi_rx_tkeep与m_axi_rx_tlast的用法与发送端对应的信号一致 5）帧结构TX子模块将每个接收的用户帧通过TX接口转换为Aurora 8B / 10B帧。 帧开始（SOF）通过在帧开始处添加2字节的SCP代码组来指示。 帧结束（EOF）是通过在帧的末尾添加一个2字节的信道结束通道协议（ECP）码组来确定。 数据不可用时插入空闲代码组。 代码组是8B / 10B编码字节对，所有数据都作为代码对发送，因此具有奇数个字节的用户帧具有称为PAD的控制字符，附加到帧的末尾以填写最终的代码组。 下图显示了具有偶数数据字节的典型Aurora 8B / 10B帧。
手册（PG046）里举了4种传输案例： Example A: Simple Data Transfer（简单数据传输） 在valid信号与ready信号握手成功期间传输数据，传输到最后一个数据DATA2时，拉高tlast信号，表明此时传输的是最后一个数据。tkeep信号表示最后一个数据的那些字节是有效的。
Example B: Data Transfer with Pad（奇数字节数据传输）、 在valid信号与ready信号握手成功期间传输数据，传输到最后一个数据DATA2时，拉高tlast信号，表明此时传输的是最后一个数据。tkeep信号表示最后一个数据的那些字节是有效的。根据协议要求，Aurora 8B/10B 内核会为字节数为奇数的帧添加一个填充字符。由于此时传输的是奇数个字节，所以最后一个数据中存在无效字节，故tkeep信号的值为N-1。
Example C: Data Transfer with Pause（带有暂停的数据传输） 在valid信号与ready信号握手成功期间传输数据，传输到最后一个数据DATA2时，拉高tlast信号，表明此时传输的是最后一个数据。tkeep信号表示最后一个数据的那些字节是有效的。 在握手期间，用户通过拉低valid信号中断了握手，实现了数据发送的暂停（流控）。用户应用程序在传输完前 n 个字节后，会通过断开 s_axi_tx_tvalid 来暂停数据流，转而传输空闲数据。暂停将一直持续到 s_axi_tx_tvalid 失效。
Example D: Data Transfer with Clock Compensation（带时钟补偿的数据传输） Aurora 8B/10B 内核在发送时钟补偿序列时会自动中断数据传输。时钟补偿序列每 10,000 字节对每个通道造成 12 字节的开销。下图显示 Aurora 8B/10B 内核如何在时钟补偿序列期间暂停数据传输。
不同于发送数据的握手过程，接收数据过程简单的很，只需要数据有效信号m_axi_rx_tvalid为高时，则表示此时接收的数据有效，也用m_axi_rx_tkeep、m_axi_rx_tlast来修饰接收的最后一个数据。典型过程如下：
Framing接口总结： Framing接口类似被再封装的AXI4-Streaming接口，IP核自动加入帧头、帧尾，并在固定时间内完成时钟补偿发送端用户只需要在发送、接收双方完成握手后，即可发送数据，通信双方均可通过握手信号来反压对方；接收端用户仅需要在valid信号有效时从总线上拿数据即可由于是帧结构，所以需要有信号来约束帧长度--tlast；由于数据的发送是成对发送，所以最后一个数据可能存在无效字节的情况，故需要对最后一个数据的有效字节数进行约束--tkeep （3）Streaming接口Streaming接口示意图如下：
看起来比 Framing接口简化了很多，因为发送端和接收端都少了keep和last这两个信号（共4个）。之前说过，Framing接口的帧框架使得需要使用keep和last这两个信号来控制帧的长度，所以信号较多。而Streaming接口则没有帧框架，相当于一条不停流动的管道，所以不需要使用keep和last这两个信号来控制长度。 用起来也很简单，发送数据只要在tvalid信号和tready信号握手成功时就可以发送；接收数据就更简单了，只要tvalid为高则说明此时接收的数据是有效的。 Example A: TX Streaming Data Transfer（数据发送） 只有当s_axi_tx_tready、s_axi_tx_tvalid均为高（成功握手）时，才可以发送数据。
Example B: RX Streaming Data Transfer（接收数据） 只有当m_axi_rx_tvalid为高时才说明接收到的数据为有效数据。
Streaming接口总结： Streaming接口就是经典的AXI4-Streaming接口，没有帧的概念，数据总线上数据长度是不受限制的发送端用户只需要在发送、接收双方完成握手后，即可发送数据，通信双方均可通过握手信号来反压对方；接收端用户仅需要在valid信号有效时从总线上拿数据即可 四，IP核配置 （1）创建工程打开vivado，新建工程后从IP Catalog找到aurora并双击打开； （2）第一页配置
配置完成，生成IP核。 （5）官方例程 1）生成例程右击生成IP Example Design...
首先看下生成例程资源的逻辑层级排列
仿真部分的内容根据层级就很容易理解--调用了两次例程。看代码可知进行了回环测试
例程框图
support模块（aurora_8b10b_0_support.v）（IP核例化核心模块）
Support模块最主要的功能是例化aurora IP核并将时钟、复位等信号统统一起打包。所以我们不需要对Support模块的内部构造进行详细了解，直接看看其对外接口就差不多可以拿来用。 Support模块下的子模块： clock_module： 时钟处理生成模块support_reset_logic_i： 复位逻辑生成模块gt_common_support： 与GT收发器相关的时钟生成其其他 3）波形仿真注意：由于FPGA器件型号会影响仿真模型，建议在仿真时选择K7器件或V7器件对IP核重新生成并仿真
其中channel_up信号置位1，标志着Aurora 8b/10b IP核成功建立链路通道。 例化的两个模块的通道都已经建立了正常的连接（红框），然后一段时间后仿真结束。其他各种时钟信号也都正常，复位也都是正常的。 五，总结可以看到Aurora 8B/10B IP核 比较容易上手。在官方例程的基础上，写用户端的发送和接收模块就可以使用在我们自己的应用需求中。 参考资料《pg046-aurora-8b10b-en-us-11.1.pdf》 |
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