RGMII接口转GMII接口的实现思路
接口/总线/驱动
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描述
哈咯大家好，今天带来一篇RGMII接口转GMII接口的实现思路，废话不多说，直接进入主题。
RGMII接口是双沿采样时钟，数据位宽为4bit，而GMII接口是单沿采样时钟，数据位宽是8bit。
以Xilinx K7 ULTRASCALE+为例。
RGMII→GMII方向：
可选方法有：
1.偏移接收时钟相位来实现正确采样数据的效果
2.偏移数据来实现正确采样数据的效果
本篇实现第2种方法，思路为：
IO管脚→idelay→iddr→crc校验。
将RGMII的数据管脚经过idelay源语，进行数据delay，再将数据经过iddr把4bit数据转换成8bit数据，最后再将转换好8bit的GMII数据经过CRC进行校验，查看设置的idelay值是否满足需求，若CRC校验通过，则固定idelay的值即可，若不通过，则重新调整idelay的值。
部分代码如下：
generate
for (n = 0; n < 4; n = n + 1)
begin: DDRIN_BLOCK
IDELAYE3 #
(
.CASCADE ( "NONE" ), // Cascade setting (MASTER, NONE, SLAVE_END, SLAVE_MIDDLE)
.DELAY_FORMAT ( "TIME" ), // Units of the DELAY_VALUE (COUNT, TIME)
.DELAY_SRC ( "IDATAIN" ), // Delay input (DATAIN, IDATAIN)
.DELAY_TYPE ( "VAR_LOAD" ), // Set the type of tap delay line (FIXED, VARIABLE, VAR_LOAD)
.DELAY_VALUE ( 0 ), // Input delay value setting
.IS_CLK_INVERTED ( 1'b0 ), // Optional inversion for CLK
.IS_RST_INVERTED ( 1'b0 ), // Optional inversion for RST
.REFCLK_FREQUENCY ( 307.2 ), // IDELAYCTRL clock input frequency in MHz (200.0-800.0)
.SIM_DEVICE ( "ULTRASCALE_PLUS" ), // Set the device version for simulation functionality (ULTRASCALE,
// ULTRASCALE_PLUS, ULTRASCALE_PLUS_ES1, ULTRASCALE_PLUS_ES2)
.UPDATE_MODE ( "ASYNC" ) // Determines when updates to the delay will take effect (ASYNC, MANUAL,
// SYNC)
)
IDELAYE3_inst
(
.CASC_OUT ( ), // 1-bit output: Cascade delay output to ODELAY input cascade
.CNTVALUEOUT ( o_idelay_cnt_value_out[n] ), // 9-bit output: Counter value output
.DATAOUT ( gmii_rxd_dly[n] ), // 1-bit output: Delayed data output
.CASC_IN ( 1'b0 ), // 1-bit input: Cascade delay input from slave ODELAY CASCADE_OUT
.CASC_RETURN ( 1'b0 ), // 1-bit input: Cascade delay returning from slave ODELAY DATAOUT
.CE ( 1'd0 ), // 1-bit input: Active-High enable increment/decrement input
.CLK ( i_rgmii_rxc ), // 1-bit input: Clock input
.CNTVALUEIN ( idelay_cnt_value_in ), // 9-bit input: Counter value input
.DATAIN ( 1'd0 ), // 1-bit input: Data input from the logic
.EN_VTC ( idelay_en_vtc ), // 1-bit input: Keep delay constant over VT
.IDATAIN ( i_rgmii_rxd[n] ), // 1-bit input: Data input from the IOBUF
.INC ( 1'b1 ), // 1-bit input: Increment / Decrement tap delay input
.LOAD ( idelay_load ), // 1-bit input: Load DELAY_VALUE input
.RST ( i_rst ) // 1-bit input: Asynchronous Reset to the DELAY_VALUE
);
IDDR #
(
.DDR_CLK_EDGE ( "OPPOSITE_EDGE" ), //"OPPOSITE_EDGE", "SAME_EDGE, "SAME_EDGE_PIPELINED"
.INIT_Q1 ( 1'b0 ),
.INIT_Q2 ( 1'b0 ),
.SRTYPE ( "ASYNC" )
)
ddr_data_in(
.Q1 ( gmii_rxd[n+4] ),
.Q2 ( gmii_rxd[n] ),
.C ( i_rgmii_rxc ),
.CE ( 1'b1 ),
.D ( gmii_rxd_dly[n] ),
.R ( 1'b0 ),
.S ( 1'b0 )
);
end
endgenerate
IDDR #
(
.DDR_CLK_EDGE ( "SAME_EDGE" ), //"OPPOSITE_EDGE", "SAME_EDGE, "SAME_EDGE_PIPELINED"
.INIT_Q1 ( 1'b0 ),
.INIT_Q2 ( 1'b0 ),
.SRTYPE ( "ASYNC" )
)
ddr_ctrl_in
(
.Q1 ( gmii_rxctrl[0] ),
.Q2 ( gmii_rxctrl[1] ),
.C ( i_rgmii_rxc ),
.CE ( 1'b1 ),
.D ( i_rgmii_rxctl ),
.R ( 1'b0 ),
.S ( 1'b0 )
);
GMII→RGMII方向：
可选方法有：
1.偏移接收时钟相位来实现正确采样数据的效果
2.偏移数据来实现正确采样数据的效果
本篇实现第2种方法，思路为：
数据→oddr→odelay→IO管脚
将GMII数据进入 oddr，把数据变成双沿，再进去odelay对其加入绝对延时，最后再输出到管脚。
部分代码如下：
ODDRE1 #
(
.IS_C_INVERTED ( 1'b0 ), // Optional inversion for C
.IS_D1_INVERTED ( 1'b0 ), // Unsupported, do not use
.IS_D2_INVERTED ( 1'b0 ), // Unsupported, do not use
.SIM_DEVICE ( "ULTRASCALE_PLUS" ), // Set the device version (ULTRASCALE, ULTRASCALE_PLUS,
// ULTRASCALE_PLUS_ES1, ULTRASCALE_PLUS_ES2)
.SRVAL ( 1'b0 ) // Initializes the ODDRE1 Flip-Flops to the specified value (1'b0, 1'b1)
)
ODDR_txdv_inst
(
.Q ( o_rgmii_txctrl ), // 1-bit output: Data output to IOB
.C ( i_clk ), // 1-bit input: High-speed clock input
.D1 ( i_tvalid ), // 1-bit input: Parallel data input 1
.D2 ( i_tvalid ), // 1-bit input: Parallel data input 2
.SR ( 1'b0 ) // 1-bit input: Active High Async Reset
);
ODDRE1 #
(
.IS_C_INVERTED ( 1'b0 ), // Optional inversion for C
.IS_D1_INVERTED ( 1'b0 ), // Unsupported, do not use
.IS_D2_INVERTED ( 1'b0 ), // Unsupported, do not use
.SIM_DEVICE ( "ULTRASCALE_PLUS" ), // Set the device version (ULTRASCALE, ULTRASCALE_PLUS,
// ULTRASCALE_PLUS_ES1, ULTRASCALE_PLUS_ES2)
.SRVAL ( 1'b0 ) // Initializes the ODDRE1 Flip-Flops to the specified value (1'b0, 1'b1)
)
ODDR_txc_inst
(
.Q ( o_rgmii_txc ), // 1-bit output: Data output to IOB
.C ( i_clk_shift ), // 1-bit input: High-speed clock input
.D1 ( 1'b1 ), // 1-bit input: Parallel data input 1
.D2 ( 1'b0 ), // 1-bit input: Parallel data input 2
.SR ( 1'b0 ) // 1-bit input: Active High Async Reset
);
generate
for (n = 0; n < 4; n = n + 1)
begin: DDROUT_BLOCK
ODDRE1 #
(
.IS_C_INVERTED ( 1'b0 ), // Optional inversion for C
.IS_D1_INVERTED ( 1'b0 ), // Unsupported, do not use
.IS_D2_INVERTED ( 1'b0 ), // Unsupported, do not use
.SIM_DEVICE ( "ULTRASCALE_PLUS" ), // Set the device version (ULTRASCALE, ULTRASCALE_PLUS,
// ULTRASCALE_PLUS_ES1, ULTRASCALE_PLUS_ES2)
.SRVAL ( 1'b0 ) // Initializes the ODDRE1 Flip-Flops to the specified value (1'b0, 1'b1)
)
ODDR_data_inst
(
.Q ( tdata_dly[n] ), // 1-bit output: Data output to IOB
.C ( i_clk ), // 1-bit input: High-speed clock input
.D1 ( i_tdata[n] ), // 1-bit input: Parallel data input 1
.D2 ( i_tdata[n+4] ), // 1-bit input: Parallel data input 2
.SR ( 1'b0 ) // 1-bit input: Active High Async Reset
);
ODELAYE3 #
(
.CASCADE ( "NONE" ), // Cascade setting (MASTER, NONE, SLAVE_END, SLAVE_MIDDLE)
.DELAY_FORMAT ( "TIME" ), // (COUNT, TIME)
.DELAY_TYPE ( "VAR_LOAD" ), // Set the type of tap delay line (FIXED, VARIABLE, VAR_LOAD)
.DELAY_VALUE ( 0 ), // Output delay tap setting
.IS_CLK_INVERTED ( 1'b0 ), // Optional inversion for CLK
.IS_RST_INVERTED ( 1'b0 ), // Optional inversion for RST
.REFCLK_FREQUENCY ( 307.2 ), // IDELAYCTRL clock input frequency in MHz (200.0-800.0).
.SIM_DEVICE ( "ULTRASCALE_PLUS" ), // Set the device version for simulation functionality (ULTRASCALE,
// ULTRASCALE_PLUS, ULTRASCALE_PLUS_ES1, ULTRASCALE_PLUS_ES2)
.UPDATE_MODE ( "ASYNC" ) // Determines when updates to the delay will take effect (ASYNC, MANUAL,
// SYNC)
)
ODELAYE3_inst
(
.CASC_OUT ( ), // 1-bit output: Cascade delay output to IDELAY input cascade
.CNTVALUEOUT ( o_odelay_cnt_value_out[n] ), // 9-bit output: Counter value output
.DATAOUT ( o_rgmii_txd[n] ), // 1-bit output: Delayed data from ODATAIN input port
.CASC_IN ( 1'b0 ), // 1-bit input: Cascade delay input from slave IDELAY CASCADE_OUT
.CASC_RETURN ( 1'b0 ), // 1-bit input: Cascade delay returning from slave IDELAY DATAOUT
.CE ( 1'd0 ), // 1-bit input: Active-High enable increment/decrement input
.CLK ( i_clk ), // 1-bit input: Clock input
.CNTVALUEIN ( odelay_cnt_value_in ), // 9-bit input: Counter value input
.EN_VTC ( odelay_en_vtc ), // 1-bit input: Keep delay constant over VT
.INC ( 1'b1 ), // 1-bit input: Increment/Decrement tap delay input
.LOAD ( odelay_load ), // 1-bit input: Load DELAY_VALUE input
.ODATAIN ( tdata_dly[n] ), // 1-bit input: Data input
.RST ( i_rst ) // 1-bit input: Asynchronous Reset to the DELAY_VALUE
);
end
endgenerate
注意：对于A7系列的FPGA，是没有odelay可以使用的。
另外：
网上很多GMII转RGMII的方法，都会对添加时序约束，个人觉得，时序约束不是必要的，因为：
设置 input delay 并不会影响 布局布线，设置 input delay只会告诉工具 端口进来的数据和 对应的时钟的相位关系，让工具去分析能不能满足时序而已。。
只要你接了 IDDR，或者ODDR，那么就会直接使用了IOB里面的寄存器，那么你的 数据的端口到第一级寄存器 ，也就是 IOB的寄存器，是专用布线资源，那么走线就是固定的，无论你怎么改代码逻辑，或者策略都不影响 布局布线。 而 idelay ,odelay 和 IDDR, ODDR 一样，都是IOB里面的资源，idelay 只是 在你 布局布线出来的 固定 延时后，软件可以手动再加一段绝对延时上去，odelay也是一样，而你跑的A版本 调出来的，成功的 idelay延时，为什么会 在 改点逻辑 后跑出来的 B版本，使用相同的idelay延时值，会发现收到的数据不对，是因为。
第一点：由于板卡温度的问题，例如高低温。
第二点：电压波动的问题。 都会导致 你 本来调好的idelay延时值不对，而不对，也是 揭露 你之前 调的 idelay延时值，并没有 真正正好调到 时钟的边沿和数据处在中间的关系，容忍的窗口没那么大，所以 之前 调的 idelay延时值 并不是真正调好的值，需要重新再调。
最后呢，关于idelay和odelay的原语，大家可以在xilinx手册ug571里面可以查看详细介绍，本UP使用的是"var load"模式一点点调的delay值。
审核编辑：刘清
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