FPGA设计心得（5）Aurora 例子工程分析与仿真实例分析（streaming版）
生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
FPGA设计心得（5）Aurora 例子工程分析与仿真实例分析（streaming版）
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
文章目錄
- 背景
- 例子工程預覽
- 例子程序用戶模塊邏輯分析
-
- 收（CHECK）
- 發（GEN）
- 例子程序仿真文件分析
- 寫在最后
- 工程分享
- 參考資料
- 交個朋友
背景
熬夜寫完了上兩篇博客：
Aurora IP core 的理論學習記錄
Aurora IP core 的定制詳情記錄
到這一篇應該就是分析例子程序了，最重要地還是通過仿真來認識Aurora通信。
Aurora IP核的定制，基本都是默認的，為了簡單起見，GT Selection中選擇了一個通道（lane）。
文章末尾會分享工程文件！
例子工程預覽
由于本IP核定制選擇了：
因此，程序加入了一些debug的IP核例化。
如下：
而對于我們要仿真而言，這些都是沒有必要的。
對于我們用戶應用來說，最最重要的模塊為：
一個check，一個gen。
gen代表發數據的模塊，而check則為收數據的模塊。
如數據手冊：
而如何對二者進行仿真呢？
形成一個回環，示意圖如下：
一方發，另一方收，反之亦然！
而testbench的作用就是將二者聯系起來：
下圖清晰說明：
例子程序中帶有仿真文件：
可見，例化了兩次例子程序，就是為了將一方的tx送給另一方的rx，同時，另一方的tx送入一方的rx，形成一個閉環。
例子程序用戶模塊邏輯分析
收（CHECK）
我們知道收模塊與aurora IP streaming用戶接口之間的關系是：
因此，用戶接口很簡單，就兩個信號進來就好，m_axi_rx_data以及m_axi_rx_valid即可，valid有效，則data數據為有效數據，至于收到的數據做什么處理，隨你！例子程序的處理，我也不想深究，收過來按照自己的需求搞就完事了。
給出源碼：
`timescale 1 ns / 1 ps
`define DLY #1module aurora_8b10b_streaming_FRAME_CHECK
(// User InterfaceRX_D, RX_SRC_RDY_N,// System InterfaceUSER_CLK, RESET,CHANNEL_UP,ERR_COUNT
);//***********************************Port Declarations*******************************// User Interface
input [0:15] RX_D;
input RX_SRC_RDY_N;// System Interface
input USER_CLK;
input RESET;
input CHANNEL_UP;output [0:7] ERR_COUNT;
//***************************Internal Register Declarations***************************
// Slack registersreg [0:15] RX_D_SLACK;
reg RX_SRC_RDY_N_SLACK;reg [0:8] err_count_r = 9'd0;// RX Data registers
reg [0:15] data_lfsr_r;//*********************************Wire Declarations**********************************wire reset_c;
wire [0:15] data_lfsr_concat_w;
wire data_valid_c;wire data_err_detected_c;
reg data_err_detected_r;//*********************************Main Body of Code**********************************//Generate RESET signal when Aurora channel is not readyassign reset_c = RESET;// SLACK registersalways @ (posedge USER_CLK)
beginRX_D_SLACK <= `DLY RX_D;RX_SRC_RDY_N_SLACK <= `DLY RX_SRC_RDY_N;
end//______________________________ Capture incoming data ___________________________ //Data is valid when RX_SRC_RDY_N is assertedassign data_valid_c = !RX_SRC_RDY_N_SLACK;//generate expected RX_D using LFSRalways @(posedge USER_CLK)if(reset_c)begindata_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed valueendelse if(CHANNEL_UP)beginif(data_valid_c)data_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},data_lfsr_r[0:14]};endelse begindata_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed valueend assign data_lfsr_concat_w = {1{data_lfsr_r}};//___________________________ Check incoming data for errors __________________________//An error is detected when LFSR generated RX data from the data_lfsr_concat_w register,//does not match valid data from the RX_D portassign data_err_detected_c = (data_valid_c && (RX_D_SLACK != data_lfsr_concat_w));//We register the data_err_detected_c signal for use with the error counter logicalways @(posedge USER_CLK)data_err_detected_r <= `DLY data_err_detected_c; //Compare the incoming data with calculated expected data.//Increment the ERROR COUNTER if mismatch occurs.//Stop the ERROR COUNTER once it reaches its max value (i.e. 255)always @(posedge USER_CLK)if(CHANNEL_UP)beginif(&err_count_r)err_count_r <= `DLY err_count_r;else if(data_err_detected_r)err_count_r <= `DLY err_count_r + 1;endelsebegin err_count_r <= `DLY 9'd0;end //Here we connect the lower 8 bits of the count (the MSbit is used only to check when the counter reaches//max value) to the module outputassign ERR_COUNT = err_count_r[1:8];endmodule
仿真預告：
這便是收到的數據。
對了，程序中的這個輸入變量：
RX_SRC_RDY_N
就是valid的反而已：
//______________________________ Capture incoming data ___________________________ //Data is valid when RX_SRC_RDY_N is assertedassign data_valid_c = !RX_SRC_RDY_N_SLACK;
其他的不言而喻！
發（GEN）
發要比收需要的信號多一個，那就是ready信號，具體為：
// User Interface
output [0:15] TX_D;
output TX_SRC_RDY_N;
input TX_DST_RDY_N;
根據streaming格式的關系：
我們用戶邏輯需要得到一個ready有效信號，然后置位valid的同時，發送有效數據data。
例子發送程序根據lsfr產生隨機數據發送：
//______________________________ Transmit Data __________________________________ //Transmit data when TX_DST_RDY_N is asserted.//Random data is generated using XNOR feedback LFSR//TX_SRC_RDY_N is asserted on every cycle with dataalways @(posedge USER_CLK)if(reset_c)begindata_lfsr_r <= `DLY 16'hABCD; //random seed valueTX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b1; endelse if(!TX_DST_RDY_N)begindata_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},data_lfsr_r[0:14]};TX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b0;end//Connect TX_D to the DATA LFSR registerassign TX_D = {1{data_lfsr_r}};
不需要多言！
下面給出完整發送程序：
`timescale 1 ns / 1 ps
`define DLY #1module aurora_8b10b_streaming_FRAME_GEN
(// User InterfaceTX_D, TX_SRC_RDY_N,TX_DST_RDY_N,// System InterfaceUSER_CLK, RESET,CHANNEL_UP
);
//*****************************Parameter Declarations****************************//***********************************Port Declarations*******************************// User Interface
output [0:15] TX_D;
output TX_SRC_RDY_N;
input TX_DST_RDY_N;// System Interface
input USER_CLK;
input RESET;
input CHANNEL_UP;//***************************External Register Declarations***************************reg TX_SRC_RDY_N;//***************************Internal Register Declarations***************************reg [0:15] data_lfsr_r; wire reset_c;wire dly_data_xfer;reg [4:0] channel_up_cnt;//*********************************Main Body of Code**********************************always @ (posedge USER_CLK)beginif(RESET)channel_up_cnt <= `DLY 5'd0;else if(CHANNEL_UP)if(&channel_up_cnt)channel_up_cnt <= `DLY channel_up_cnt;else channel_up_cnt <= `DLY channel_up_cnt + 1'b1;elsechannel_up_cnt <= `DLY 5'd0;endassign dly_data_xfer = (&channel_up_cnt);//Generate RESET signal when Aurora channel is not readyassign reset_c = RESET || !dly_data_xfer;//______________________________ Transmit Data __________________________________ //Transmit data when TX_DST_RDY_N is asserted.//Random data is generated using XNOR feedback LFSR//TX_SRC_RDY_N is asserted on every cycle with dataalways @(posedge USER_CLK)if(reset_c)begindata_lfsr_r <= `DLY 16'hABCD; //random seed valueTX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b1; endelse if(!TX_DST_RDY_N)begindata_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},data_lfsr_r[0:14]};TX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b0;end//Connect TX_D to the DATA LFSR registerassign TX_D = {1{data_lfsr_r}};endmodule仿真預警：
這邊是發送數據。
例子程序仿真文件分析
先給出仿真文件（然后在簡單分析仿真文件）：
`timescale 1 ns / 1 psmodule aurora_8b10b_streaming_TB;//*************************Parameter Declarations**************************parameter SIM_MAX_TIME = 9500000; //To quit the simulation//125.0MHz GT Reference clock
parameter CLOCKPERIOD_1 = 8.0 ;
parameter CLOCKPERIOD_2 = 8.0 ;
//parameter CLOCKPERIOD_1 = 8.0;
//parameter CLOCKPERIOD_2 = 8.0;
parameter DRP_CLOCKPERIOD = 20.000 ; //GT DRP Clock
parameter INIT_CLOCKPERIOD = 20.0 ; // Board/System Clock//************************Internal Register Declarations*****************************//Freerunning Clock
reg reference_clk_1_n_r;
reg reference_clk_2_n_r;
reg drp_clk_r;
reg init_clk_p;//Global signals
reg gt_reset_in;
reg gsr_r;
reg gts_r;
reg reset_i;//********************************Wire Declarations**********************************//Freerunning Clock
wire reference_clk_1_p_r;
wire reference_clk_2_p_r; wire init_clk_n;
//Dut1//Error Detection Interface
wire hard_err_1_i;
wire soft_err_1_i; //Status
wire channel_up_1_i;
wire lane_up_1_i;//GT Serial I/O
wire rxp_1_i;
wire rxn_1_i; wire txp_1_i;
wire txn_1_i; // Error signals from the Local Link packet checker
wire [0:7] err_count_1_i; //Dut2//Error Detection Interface
wire hard_err_2_i;
wire soft_err_2_i; //Status
wire channel_up_2_i;
wire lane_up_2_i;//GT Serial I/O
wire rxp_2_i;
wire rxn_2_i; wire txp_2_i;
wire txn_2_i; // Error signals from the Local Link packet checker
wire [0:7] err_count_2_i; //*********************************Main Body of Code**********************************//_________________________Serial Connections________________assign rxn_1_i = txn_2_i;assign rxp_1_i = txp_2_i;assign rxn_2_i = txn_1_i;assign rxp_2_i = txp_1_i;//__________________________Global Signals_____________________________//Simultate the global reset that occurs after configuration at the beginning//of the simulation. Note that both GT smart models use the same global signals.assign glbl.GSR = gsr_r;assign glbl.GTS = gts_r;initialbegingts_r = 1'b0; gsr_r = 1'b1;gt_reset_in = 1'b1;#5000;gsr_r = 1'b0;gt_reset_in = 1'b0;repeat(10) @(posedge init_clk_p);gt_reset_in = 1'b1;repeat(10) @(posedge init_clk_p);gt_reset_in = 1'b0;end//____________________________Clocks____________________________initialreference_clk_1_n_r = 1'b0;always #(CLOCKPERIOD_1 / 2) reference_clk_1_n_r = !reference_clk_1_n_r;assign reference_clk_1_p_r = !reference_clk_1_n_r;initialreference_clk_2_n_r = 1'b0;always #(CLOCKPERIOD_2 / 2) reference_clk_2_n_r = !reference_clk_2_n_r;assign reference_clk_2_p_r = !reference_clk_2_n_r;initialdrp_clk_r = 1'b0;always #(DRP_CLOCKPERIOD / 2) drp_clk_r = !drp_clk_r;initialinit_clk_p = 1'b0;always #(INIT_CLOCKPERIOD / 2) init_clk_p = !init_clk_p;assign init_clk_n = !init_clk_p;//____________________________Resets____________________________initialbeginreset_i = 1'b1;#1000 reset_i = 1'b0;end//________________________Instantiate Dut 1 ________________aurora_8b10b_streaming_exdes example_design_1_i
(// User IO.RESET(reset_i),// Error signals from Aurora .HARD_ERR(hard_err_1_i),.SOFT_ERR(soft_err_1_i),// Status Signals.LANE_UP(lane_up_1_i),.CHANNEL_UP(channel_up_1_i),.INIT_CLK_P(init_clk_p),.INIT_CLK_N(init_clk_n),.DRP_CLK_IN(drp_clk_r), .GT_RESET_IN(gt_reset_in),// Clock Signals.GTXQ0_P(reference_clk_1_p_r),.GTXQ0_N(reference_clk_1_n_r),// GT I/O.RXP(rxp_1_i),.RXN(rxn_1_i),.TXP(txp_1_i),.TXN(txn_1_i),// Error signals from the Local Link packet checker.ERR_COUNT(err_count_1_i)
);//________________________Instantiate Dut 2 ________________aurora_8b10b_streaming_exdes example_design_2_i
(// User IO.RESET(reset_i),// Error signals from Aurora .HARD_ERR(hard_err_2_i),.SOFT_ERR(soft_err_2_i),// Status Signals.LANE_UP(lane_up_2_i),.CHANNEL_UP(channel_up_2_i),.INIT_CLK_P(init_clk_p),.INIT_CLK_N(init_clk_n),.DRP_CLK_IN(drp_clk_r), .GT_RESET_IN(gt_reset_in),// Clock Signals.GTXQ0_P(reference_clk_2_p_r),.GTXQ0_N(reference_clk_2_n_r),// GT I/O.RXP(rxp_2_i),.RXN(rxn_2_i),.TXP(txp_2_i),.TXN(txn_2_i),// Error signals from the Local Link packet checker.ERR_COUNT(err_count_2_i)
);分為幾個部分，
- 端口聲明：
一般而言，輸入聲明為reg類型，輸出為wire。
例如：
//GT Serial I/O
wire rxp_1_i;
wire rxn_1_i; wire txp_1_i;
wire txn_1_i;
但也不盡然如此，例如輸入的差分時鐘，我們就可以將其中一個聲明為reg，至于差分的另一半，聲明為wire，之后通過取反操作來實現：
//Freerunning Clock
reg reference_clk_1_n_r;
reg reference_clk_2_n_r;
reg drp_clk_r;
reg init_clk_p;//********************************Wire Declarations**********************************//Freerunning Clock
wire reference_clk_1_p_r;
wire reference_clk_2_p_r; wire init_clk_n;
assign reference_clk_1_p_r = !reference_clk_1_n_r;
assign reference_clk_2_p_r = !reference_clk_2_n_r;
assign init_clk_n = !init_clk_p;
- 產生時鐘
時鐘較多，差分時鐘產生方法是先生成p時鐘或者n時鐘，之后取反得到另一方：
//____________________________Clocks____________________________initialreference_clk_1_n_r = 1'b0;always #(CLOCKPERIOD_1 / 2) reference_clk_1_n_r = !reference_clk_1_n_r;assign reference_clk_1_p_r = !reference_clk_1_n_r;initialreference_clk_2_n_r = 1'b0;always #(CLOCKPERIOD_2 / 2) reference_clk_2_n_r = !reference_clk_2_n_r;assign reference_clk_2_p_r = !reference_clk_2_n_r;initialdrp_clk_r = 1'b0;always #(DRP_CLOCKPERIOD / 2) drp_clk_r = !drp_clk_r;initialinit_clk_p = 1'b0;always #(INIT_CLOCKPERIOD / 2) init_clk_p = !init_clk_p;assign init_clk_n = !init_clk_p;//____________________________Resets____________________________initialbeginreset_i = 1'b1;#1000 reset_i = 1'b0;end
- 例化待測試模塊
例化兩次aurora例子程序，作為通信的雙方：
//________________________Instantiate Dut 1 ________________aurora_8b10b_streaming_exdes example_design_1_i
(// User IO.RESET(reset_i),// Error signals from Aurora .HARD_ERR(hard_err_1_i),.SOFT_ERR(soft_err_1_i),// Status Signals.LANE_UP(lane_up_1_i),.CHANNEL_UP(channel_up_1_i),.INIT_CLK_P(init_clk_p),.INIT_CLK_N(init_clk_n),.DRP_CLK_IN(drp_clk_r), .GT_RESET_IN(gt_reset_in),// Clock Signals.GTXQ0_P(reference_clk_1_p_r),.GTXQ0_N(reference_clk_1_n_r),// GT I/O.RXP(rxp_1_i),.RXN(rxn_1_i),.TXP(txp_1_i),.TXN(txn_1_i),// Error signals from the Local Link packet checker.ERR_COUNT(err_count_1_i)
);//________________________Instantiate Dut 2 ________________aurora_8b10b_streaming_exdes example_design_2_i
(// User IO.RESET(reset_i),// Error signals from Aurora .HARD_ERR(hard_err_2_i),.SOFT_ERR(soft_err_2_i),// Status Signals.LANE_UP(lane_up_2_i),.CHANNEL_UP(channel_up_2_i),.INIT_CLK_P(init_clk_p),.INIT_CLK_N(init_clk_n),.DRP_CLK_IN(drp_clk_r), .GT_RESET_IN(gt_reset_in),// Clock Signals.GTXQ0_P(reference_clk_2_p_r),.GTXQ0_N(reference_clk_2_n_r),// GT I/O.RXP(rxp_2_i),.RXN(rxn_2_i),.TXP(txp_2_i),.TXN(txn_2_i),// Error signals from the Local Link packet checker.ERR_COUNT(err_count_2_i)
);雙方如何形成一個通路的呢？
1發接到2的收，2發接到1的收：
//_________________________Serial Connections________________assign rxn_1_i = txn_2_i;assign rxp_1_i = txp_2_i;assign rxn_2_i = txn_1_i;assign rxp_2_i = txp_1_i;
由于數據是自己的gen模塊以及產生的，故在設計文件中設計即可。
下面仿真實踐，看看仿真圖吧！
先宏觀地看第一個仿真圖：
可見，一方（簡稱partner1）和另一方（簡稱partner2）串行數據完全一致，理所當然如此，因為二者是直接相連的回環。
當然，這種串行數據我們是看不懂的，我們要看的是用戶邏輯，模塊check以及gen的數據，繼續把二者拉出來仿真：
從partner1的gen中提取出valid，data，ready信號；
再從partner2的check中提取出valid和data信號。
二者構成一個通路。
上圖中，TX_D就是s_axi_tx_data，而TX_DST_RDY_N取反就是s_axi_tx_tready，同理，TX_SRC_RDY_N取反是s_axi_tx_valid，故而，當TX_SRC_RDY_N和TX_DST_RDY_N都有效的時候，代表發送的數據TX_D為有效數據。
這一點從代碼的端口定義可見等價關系：
同理，接收情況也是如此！
按照streaming用戶接口的時序圖：
當valid有效的時候，接收的數據才有效，因此，我們查看接收數據時刻應該在：
我們通過放大，來看看，這兩個時刻上的數據是否一致？
可見，都是d5e6，而且后續數據也一致，可見，發送與接收的通道是沒有問題的，至少從仿真上看是沒有問題的。（這里提醒一句，這里對齊的時鐘肯定是用戶時鐘，這里沒有拉出來。）
從s_axi_tx_valid到s_axi_rx_valid有效的延遲時間，大家也可以算下，延遲了多久？（大概40多個user_clk 時鐘周期了）。
寫在最后
熬了個夜，學習了下aurora的理論以及到現在仿真了下streaming數據格式的aurora例子程序，由于疫情原因，還沒有能到學校，因此上板是不可能了，也許再也不可能了，只能等到公司了。
下面會給出本例子程序的整個工程。
工程分享
提取碼：03ii
aurora streaming工程例子工程分享
參考資料
Aurora IP核例子程序
Aurora數據手冊
交個朋友
交個朋友，共同進步
總結
以上是生活随笔為你收集整理的FPGA设计心得（5）Aurora 例子工程分析与仿真实例分析（streaming版）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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