本文作者：AMD 工程師 Sandy Macnamara

本文提供有關(guān) AMD Versal 自適應(yīng) SoC 內(nèi)置自校準(zhǔn) (BISC) 工作方式的詳細(xì)信息。此外還詳述了 Versal 的異步模式及其對(duì) BISC 的影響。

Versal XPHY 具有一項(xiàng)稱為“內(nèi)置自校準(zhǔn)”的功能，如需了解詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 AM010 文檔。BISC 的基本原理與 AMD UltraScale FPGA 和 UltraScale+ FPGA 相同。

BISC 基礎(chǔ)

BISC 進(jìn)程分三個(gè)步驟：對(duì)齊、延遲校準(zhǔn)以及電壓和溫度補(bǔ)償。

值得一提的是，XPHY 是按存儲(chǔ)器接口作為主要用例來設(shè)計(jì)，在存儲(chǔ)器接口外部工作時(shí)，需要注意其影響。在存儲(chǔ)器應(yīng)用中，源同步系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)送的選通 (DQS) 中包含多組數(shù)據(jù) (DQ)，每個(gè) Bank(通常是每個(gè)半字節(jié))至少一個(gè)選通。在存儲(chǔ)器中有單獨(dú)的系統(tǒng)時(shí)鐘，用于對(duì) PLL 進(jìn)行時(shí)鐘控制。存儲(chǔ)器接口對(duì) PCB 具有規(guī)定性要求，其中詳細(xì)明確了 DQ 到 DQS 之間的偏差約束 (+/- 5 ps)。BISC 的第一項(xiàng)對(duì)齊功能是在 XPHY 捕獲觸發(fā)器處將 RX 選通與數(shù)據(jù)對(duì)齊，然后對(duì)延遲線進(jìn)行校準(zhǔn)。然后再確保在電壓溫度 (VT) 變化下仍維持對(duì)齊狀態(tài)。

在存儲(chǔ)器外，也執(zhí)行相同的步驟。

在對(duì)齊步驟中，BISC 將通過 RX 數(shù)據(jù)路徑發(fā)送其數(shù)據(jù)(這意味著在 BISC 期間不要求發(fā)送數(shù)據(jù))，并計(jì)算出以下兩條路徑之間的內(nèi)部片上偏差：

其一是從 IOB 到第一個(gè)捕獲觸發(fā)器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)路徑，其二是從其 IOB 到第一個(gè)捕獲觸發(fā)器的時(shí)鐘端口之間的選通路徑。BISC 將發(fā)送其已知的重復(fù)模式，因此可以找到數(shù)據(jù)的邊沿。它將選擇對(duì)齊延遲以便移動(dòng)數(shù)據(jù)，以補(bǔ)償選通路徑。當(dāng) DELAY_VALUE = 0 時(shí)，在 CNTVALUEOUT 上即可獲悉輸入上對(duì)齊延遲所需的抽頭數(shù)。 BISC 將不會(huì)更新對(duì)齊延遲。如果 BISC 復(fù)位并重新運(yùn)行對(duì)齊步驟，那么將重新計(jì)算對(duì)齊延遲。

BISC 無法補(bǔ)償任何 PCB 偏差或外部偏差，它在 BISC 期間僅使用內(nèi)部路徑，因此只能補(bǔ)償內(nèi)部路徑。

延遲校準(zhǔn)將根據(jù) Wizard 中的 DELAY_VALUE 或者 DELAY_VALUE_x 屬性所選的延遲來計(jì)算所需的抽頭數(shù)。它還將為 QTR 延遲校準(zhǔn) 90° 移位。它將基于給定的工藝、電壓和溫度條件來執(zhí)行校準(zhǔn)。

創(chuàng)建 Wizard 時(shí)，您會(huì)選擇“Interface Speed”(接口速度)。對(duì)于“Source Synchronous”(源同步)應(yīng)用，若接口速度為 1000 Mb/s，那么將需要 1000 MHz REF_CLK，其時(shí)鐘源由 XPLL CLKOUTPHY 提供。

如果請(qǐng)求的 DELAY_VALUE 為 100 ps，那么 BISC 根據(jù)已知請(qǐng)求的 DELAY_VALUE 比率為 100 ps，且比特周期為 1 ns，即可計(jì)算得出比率為 1:10。請(qǐng)求初始 DELAY_VALUE 時(shí)，該比率值是器件燒錄的一部分。對(duì)于每個(gè) XPHY NIBBLESLICE 或 RXTX_BITSLICE，延遲校準(zhǔn)會(huì)計(jì)算所請(qǐng)求的比率所需的抽頭數(shù)(即，變速比)。

該步驟完成后的 CNTVALUEOUT 即為總延遲，計(jì)算方式為 Align_Delay + DELAY_VALUE。

它將微調(diào) QTR 延遲，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)采用邊沿對(duì)齊時(shí)，它即可為選通選擇 QTR 延遲，以確保將其移入數(shù)據(jù)眼的中心。

完成該步驟時(shí)，DLY_RDY 將拉高有效。

最后一步是電壓和溫度 (VT) 補(bǔ)償，該步驟基于電壓和溫度來自動(dòng)更新延遲線，在不中斷正常運(yùn)行的前提下將漂移也一并納入考量。復(fù)位序列要求 BSC 的 EN_VTC 保持低位，直至 DLY_RDY 斷言有效為止，然后將 BSC 的 EN_VTC 拉高，隨后 PHY_RDY 就會(huì)拉高有效。

BISC 注意事項(xiàng)

在存儲(chǔ)器域之外，可擁有更寬的總線，并且時(shí)鐘與數(shù)據(jù)之間無需再設(shè)置嚴(yán)格的偏差要求。Advanced IO Wizard 包含“IO Timing”(I/O 時(shí)序)選項(xiàng)卡，可幫助計(jì)算接口裕度。

XPHY 的 RX 源同步模式要求選通(又名為捕獲時(shí)鐘)與數(shù)據(jù)對(duì)齊，當(dāng)選通和數(shù)據(jù)進(jìn)入器件時(shí)，邊沿對(duì)齊或者中心對(duì)齊均可。 選通可用于捕獲整個(gè) bank 的數(shù)據(jù)(Versal 的 9 個(gè) XPHY)。這其中會(huì)使用 AM010 中提及的字節(jié)間時(shí)鐘設(shè)置。

注釋：使用字節(jié)間時(shí)鐘設(shè)置時(shí)，Align_Delay 會(huì)更長(zhǎng)，即，所需抽頭數(shù)比選通停留在半字節(jié)內(nèi)時(shí)更多。選通無法跨 Bank，您無法從某一個(gè) Bank 內(nèi)的選通布線到另一個(gè) Bank。這意味著每個(gè) Bank 都要有選通/捕獲時(shí)鐘。

注釋：XPHY 使用的 PLL 的輸入時(shí)鐘可以跨多個(gè) Bank 共享。

在 Advanced IO Wizard (AVIO) 中選擇源同步應(yīng)用時(shí)，針對(duì)時(shí)鐘到選通關(guān)系需選擇“Edge”(邊沿)或“Center”(中心)，如前文所述，針對(duì)邊沿對(duì)齊，將向選通添加 QTR 延遲。在某些接口中，會(huì)隨幀時(shí)鐘、字時(shí)鐘或其他并行速率時(shí)鐘發(fā)送數(shù)據(jù)，這表示會(huì)隨數(shù)據(jù)發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘，但該時(shí)鐘不可用作為捕獲時(shí)鐘(它需要時(shí)鐘管理器來進(jìn)行倍率處理)。這些接口在 Wizard 中無法實(shí)現(xiàn)為 RX 源同步，這要求隨數(shù)據(jù)一并發(fā)送選通/捕獲時(shí)鐘。

異步模式下的 BISC

Advanced IO (ADVIO) Wizard 和 HSSIO Wizard 可在異步模式下運(yùn)行，在“Asynchronous”(異步)中另有多種選項(xiàng)可供選擇。在異步模式中，并不會(huì)隨選通一起完成 RX 數(shù)據(jù)的捕獲，PLL CLKOUTPHY 用于對(duì)捕獲觸發(fā)器進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置，并且必須存在用于對(duì)齊時(shí)鐘與數(shù)據(jù)的機(jī)制。異步可以是真異步，因?yàn)橛糜诓东@數(shù)據(jù)的時(shí)鐘與發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)鐘無關(guān)(但存在影響 CDR 適用范圍的 PMM 限制)?；蛘?，可能存在相關(guān)時(shí)鐘相位未知的情況。這意味著捕獲時(shí)鐘與啟動(dòng)時(shí)鐘同源(不存在 PPM 差)，但 RX 處的相位并非固定或已知關(guān)系。 如果您的設(shè)置是將并行速率時(shí)鐘與數(shù)據(jù)一起發(fā)送，那么并行速率時(shí)鐘可用于 PLL 輸入時(shí)鐘，而啟動(dòng)時(shí)鐘和捕獲時(shí)鐘則使用相同的時(shí)鐘源，但將其視作為異步接口。

在開發(fā)者分享|AMD UltraScale/UltraScale+ FPGA：異步模式的適用時(shí)機(jī)及其使用方式文中， 提供了源同步與異步的對(duì)比。同樣的規(guī)則也適用于 Versal。

在 ADVIO Wizard 中首次選中異步時(shí)，Wizard 默認(rèn)會(huì)包含時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù) (CDR)，這表示假定啟動(dòng)時(shí)鐘與捕獲時(shí)鐘之間無關(guān)系。

但有額外選項(xiàng)可用。您可以選擇 Zero PPM CDR，已知針對(duì)啟動(dòng)時(shí)鐘和捕獲時(shí)鐘使用相同時(shí)鐘，那么您可使用此 CDR 來對(duì)齊時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。

如果您想要直接訪問端口以實(shí)現(xiàn)自己的校準(zhǔn)/對(duì)齊電路，則另有一個(gè)選項(xiàng)可供選擇用于公開 DELAY 端口：“Enable Custom CDR”(啟用定制 CDR)。如果您有現(xiàn)有時(shí)鐘到數(shù)據(jù)對(duì)齊電路，那么這個(gè)選項(xiàng)也很適合您。

BISC 仍在異步模式下運(yùn)行，但它將不會(huì)執(zhí)行對(duì)齊步驟(選通并非來自 I/O，因此該步驟對(duì)于異步無意義)。延遲校準(zhǔn)步驟仍會(huì)運(yùn)行，完成該步驟后，DLY_RDY 將拉高有效。在異步模式下，CDR 將處理延遲線的更新，因此 BISC 不應(yīng)自動(dòng)更新延遲。因此，在異步模式下，EN_VTC 保持低電平，PHY_RDY/VTC_RDY 不會(huì)拉高有效。VT 補(bǔ)償并非由 BISC 執(zhí)行，需由 CDR 處理。