摘要：隨著高速數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展，高速串行數(shù)據(jù)被廣泛使用，內(nèi)嵌高速串行接口的FPGA也得到大量應(yīng)用，相應(yīng)的高速串行信號質(zhì)量的測試也越來越頻繁和重要。本文介紹了集成式比特誤碼率測試儀在FPGA中的應(yīng)用，供大家了解。
　　
　　隨著高速數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展，高速串行數(shù)據(jù)被廣泛使用，內(nèi)嵌高速串行接口的FPGA也得到大量應(yīng)用，相應(yīng)的高速串行信號質(zhì)量的測試也越來越頻繁和重要。通常用示波器觀察信號波形、眼圖、抖動來衡量信號的質(zhì)量，Xilinx提供的IBERT（IntegratedBitErrorRatioTester）作為一種高速串行信號測試的輔助工具，使得測試更便捷，其具有不占用額外的I／O管腳和PCB空間、不破環(huán)接口信號的完整性、無干擾、使用簡單和價格低廉等特點。
　　
　　1、IBERT簡介
　　
　　IBERT是Xilinx提供用于調(diào)試FPGA芯片內(nèi)高速串行接口比特誤碼率性能的工具，具備實時調(diào)整高速串行接口的多種參數(shù)、與系統(tǒng)其他模塊通信及測量多通道誤比特率等功能，支持所有的高速串行標準，包括：PCIExpress、RapidIO、千兆以太網(wǎng)、XAUI等。使用IBERT核測試，只需通過JTAG接口下載設(shè)計并測試硬件，無需額外的管教和接口；大幅縮減了高速串行接口測試場景的建立和調(diào)試時間，是高速串行接口開發(fā)中理想的調(diào)試工具。
　　
　　文中所述使用方法基于Xilinx的工具CoreGenerator12．4和ChipScopeProAnalyzer12．4進行描述，下面介紹使用IBERT的步驟，IBERT的操作分為兩個階段。
　　
　　1．1配置IBERT核，生成配置文件
　　
　?。?）打開CoreGenerator12．4工具，新建設(shè)計工程，待測器件類型、封裝、速度等級，生成工程文件。在IPCatalog窗口＼ViewbyFunction＼Debug&Verification＼ChipscopePro＼下，雙擊IBERT，配置線速率、GTP位置和參考時鐘、系統(tǒng)時鐘等IBERT核參數(shù)，生成可JTAG加載的bit配置文件。與生成其他核不同，IBERT核不是插入到用戶的設(shè)計中去的ngc或edn文件，而是生成自身的bit配置文件。
　　
　?。?）IBERT核和ILA核（IntegratedLogicAnalyzercore），也需要連接到ICON核（IntegratedControllercore）上，但其自身具備控制、監(jiān)控以及改變高速串行接口參數(shù)的邏輯，并能完成誤比特性能測試。需注意的是，IBERT核只能作為一個獨立的設(shè)計，不可在用戶設(shè)計中例化。不同系列芯片的IBERT核在CoreGenerator中的配置不同。
　　
　　1．2IBERT核的主要組件
　　
　　（1）BERT（比特誤碼率測試）邏輯：BERT邏輯中例化了高速串行接口組件，并包括了測試模式發(fā)生器和檢查器。利用Comma和Comma檢測器，可提供從簡單的時鐘信號到*的PRBS模式以及成幀計數(shù)模式?？僧a(chǎn)生各種PRBS數(shù)據(jù)作為高速串行發(fā)送器的數(shù)據(jù)源，可設(shè)置多種環(huán)回，由接收通道接收，對高速串行接收器的接收數(shù)據(jù)進行相同編碼的檢測，計算比特誤碼率。
　　
　　（2）DRP（動態(tài)重配置端口）邏輯：每個高速串行接口均有一個動態(tài)重配置端口，因此每個收發(fā)器屬性都可在系統(tǒng)中改變。所有的屬性和DRP地址在IBERT核中均可讀可寫，且可獨立訪問。
　　
　?。?）控制盒狀態(tài)邏輯：管理IBERT核的操作。
　　
　　1．3配置到FPGA中完成測試
　　
　　測試時，建立JTAC連接，使用ChipScopeProAnalyze12．4下載bit配置文件。下載成功后，在NewProject窗口會出現(xiàn)IBERTConsole點擊即進入ConsoleWindow，該窗口可以設(shè)置高速串行接口的參數(shù)，進行開環(huán)或閉環(huán)的誤碼測試，同時提供高速串行接口參數(shù)的控制和監(jiān)視接口。ConsoleWindow有4個界面：MGT／BERTSettings、DRPSettings、PortSettings和SweepTestSetting。下面分別介紹每個界面的功能。
　　
　　（1）MGT／BERTSettings：MGTSettings部分可以設(shè)置擺幅、預(yù)加重、均衡以及接收采樣點的位置等參數(shù)，同時可設(shè)置開環(huán)或閉環(huán)的測試方式，測試進行中可以顯示線速率和所測試的高速串行接口的鎖相環(huán)狀態(tài)。BERTSettings部分可以設(shè)置測試發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的編碼方式，并顯示測試的誤碼率結(jié)果。ClockSetting部分顯示收發(fā)線路的時鐘信息。
　　
　　（2）DRPSettrags：可查看并設(shè)置高速串行接口的屬性。
　　
　　（3）PortSettings：可查看并設(shè)置高速串行接口的接口狀態(tài)。
　　
　?。?）SweepTestSetting：本界面用于自動掃描測試，是IBERT提供的一項便利的測試方式，可設(shè)定發(fā)送和接收的可控制參數(shù)范圍，自動逐個地進行遍歷性的誤碼測試，參數(shù)包括發(fā)送擺幅、預(yù)加重、接收均衡器、CDR采樣數(shù)據(jù)的位置等。用戶可設(shè)定每組參數(shù)重復(fù)測試次數(shù)以及測試時間，zui后點擊Start即可進行掃描測試。測試數(shù)據(jù)保存在．csv文件中。只能在近端環(huán)回和遠端環(huán)回測試模式中使用。
　　
　　2、實例說明
　　
　　設(shè)計實例使用Xilinx公司Spatan6系列的xc6slx150t-3fgg676芯片，根據(jù)上述使用說明，下面具體說明使用IBERT進行測試的過程。
　　
　?。?）打開XilinxISEDesignSuite12．4／ISEDesignTools／Tools／CoreGenerator，新建工程，設(shè)置芯片信息如圖1所示，點擊確認，生成核的工程文件。　　
　　在IPCatalog窗口＼ViewbyFunction＼Debug&Verification＼ChipscopePro＼下雙擊Ibert，如圖2所示。按順序設(shè)置Ibert核線速率2．4576Gbit·s-1，數(shù)據(jù)寬度20bit，參考時鐘頻率122．88MHz，選擇被測試的GTPDUAL，設(shè)置系統(tǒng)時鐘頻率66m、位置R7等參數(shù)，IBERTCoreSummary如圖3所示，點擊generate生成Ibert核的可下載bit配置文件。　　
　?。?）將生成的bit文件加載到單板上，顯示界面如圖4所示。　　
　　首先關(guān)注PLLStatus狀態(tài)和ClockingSetting顯示的收發(fā)時鐘頻率，PLLStatus狀態(tài)Locked表明GTP_DUAL的PLL已鎖定GTP的參考時鐘，GTP可正常工作。如狀態(tài)是Unlocked，則要檢測待測GTP的參考時鐘是否正常輸入。
　　
　　測試高速串行信號的信號質(zhì)量，通常使用足夠帶寬和采樣率的示波器測試信號眼圖來評估，一但測試的眼圖不符合模板要求，需要調(diào)整高速串行接口的參數(shù)。使用IBERT核可以快速完成參數(shù)修改的任務(wù)，設(shè)置LoopbackMode在開環(huán)的模式下，TXDataPattern為PRBS7-bit，調(diào)整擺幅、預(yù)加重參數(shù)，觀察示波器上的信號眼圖是否符合模板要求。圖5和圖6分別為調(diào)整擺幅預(yù)加重參數(shù)前后的眼圖，圖5所示眼圖對應(yīng)預(yù)加重0．8dB、擺幅495mV，眼圖的眼高太小且圖形碰撞模板，調(diào)整為預(yù)加重1．7dB、擺幅1180mV，眼圖滿足的要求如圖6所示。　　
　　為確定高速串行接口的參數(shù)是否滿足硬件及多種環(huán)境的需求，可通過在對端器件高速串行接口設(shè)置遠端環(huán)回，設(shè)置待測試芯片的收發(fā)datapattern為統(tǒng)一模式，常溫及高低溫拷機，觀察誤碼率是否滿足要求，誤碼率需滿足E-10。例中與圖6對應(yīng)的參數(shù)值條件下，對端器件高速串行接口設(shè)置遠端環(huán)回誤碼率為4．36E-10，滿足誤碼率要求。　　
　　SweepTestSetting（掃描測試）其配置頁面如圖7所示，以RxSamplingPoint來進行誤碼率測試定性分析信道質(zhì)量為例，較為容易理解，當同定在某個采樣點進行誤碼測試時，誤碼率達到E-10時，可判定信道質(zhì)量良好。在整個UI范圍內(nèi)進行采樣點的掃描測試時，誤碼率達到E-10的采樣點越多，信號眼圖的眼睛張得越大，距離模板的余量越大，信道質(zhì)量越好。
　　
　　3、結(jié)束語
　　
　　通過以上實例，可見IBERT具有可操作性較強的GUI圖形界面，可操作性強、準確、易用，可方便地設(shè)置高速串行收發(fā)通道的各項參數(shù)，并提供了多種環(huán)回模式及多種測試激勵源，并可通過自動掃描測試，確定收發(fā)的*參數(shù)。可以滿足硬件測試時對高速串行收發(fā)通道信號測試的大部分需求，在故障定位等場合均可使用。在單板的硬件測試初期，使用IBERT可以輔助硬件測試，例如設(shè)置發(fā)送通道的各項參數(shù)，協(xié)助示波器測量信號質(zhì)量，而*不需額外的開發(fā)FPGA邏輯。進行誤碼率測試，作為定量測量眼圖質(zhì)量、jitter等指標的補充。從示波器看圖確定出的參數(shù)并非就是*參數(shù)。如示波器對于均衡后的信號質(zhì)量無法測試，而通過IBERT測誤碼率能夠測試到均衡之后的節(jié)點，測試范圍更大。可以預(yù)見，集成比特誤碼測試儀IBERT將在FPGA設(shè)計中獲得廣泛應(yīng)用。