interlaken标准详解.ppt

Interlaken 简介协议层流控帧层NativePHY InterlakenIP100G 50GIP应用 interlanken协议是一种芯片间高速数据传输协议XAUI zowie 只有10Gbps SPI协议带宽更低interlaken协议支持多通道传输 带宽可达150Gbpsinterlanken协议有比较完善的流控功能 I O数少 低开销帧 以及全面的完整性检查 Interlaken 和XAUI SPI比较 Interlaken层次关系 协议层帧层 Interlaken层次关系 数据切割协议层控制字组装 突发控制字 空闲控制字 条带化 64 67编码帧层控制字组装 同步字 扰码器状态字 跳脱字 诊断字 扰码多路并发对齐serdes并串转换 Interlaken协议层 控制字 数据字为64bit数据字突发前后紧跟控制字 指定开始 结束 错误此处通过空闲控制字中的Eof format指定最后一个数据字的有效字节 数据切割和控制字组装的典型处理 Interlaken协议层 BurstMax 数据块的最大长度BurstMin 和EOP相关的最小长度 一个可选的调度增强算法 OptionalschedulingEnhancement 与BurstMin非常相关Burstshoot 两个突发控制字之间的最小间隔 32Byte 以8字节为步进追加BurstMin BurstShort 32字节的整数倍 Interlaken协议层 当pkt lenmodburst max很小时 带宽浪费字节最严重为31 Burstshoot 1 字节可选调度增强算法pkt len 当前数据包总长度pkt rmd 开始发送后 当前数据包剩余字节数 Interlaken协议层 Interlaken协议层 Interlaken协议层 优点 可以有效避免空闲帧的插入 提高系统效率 缺点 需事先知道数据包长度 同步和流控等带内信息密度降低 系统出错概率增加 Interlaken协议层 Interlaken协议层 协议层控制字补充 EOP FORMAT1xxx 包结束 bits 59 57 定义burst最后一个8 byteword的有效字节数 bit 59 57 编码如下 000 8 bytes有效 001 1 bytes有效 111 7 bytes有效 有效字节从 63 56 开始 0000 包未结束 无错误 0001 包结束 存在错误 其他 保留 Interlaken协议层 协议层控制字补充 Multiple Use 需要超过256channels 那么这8bit作为channelnumber的扩展 代表channelnumbet的低8位 若需要额外的带内流控bit 这8bit在In BandFlowControl bits 55 40 后追加8calendarentries 或其他应用 Interlaken协议层 条带化 以8字节的数据字或者控制字为单位 按照通道号轮询发送 其中每个通道 lane 各自之后对应一个serdes物理链路 Interlaken流控 支持通道流控通信 1 XON 允许传送 0 XOFF 禁止传送流控不支持赤字流控 XOFF时马上停止XON XOFF切换阈值可配置 阈值取决于通道数 接收Buffer深度 流控延时通道流控可以映射到calendarstructure中 calendarstructure同样可以提供整个接口的链路级流控信息 256通道带内流控 Interlaken流控 带内流量一般用于源设备与终端设备位于相同设备时的双向应用当应用为单向时 或源设备与终端设备不在同一设备中时 一般采用带外流控 FC CLK 带外流控时钟FC DATA 带外流控数据 单bit 含义和XON XOFF相同FC SYNC 带外流控传输同步头 4通道带外流控 Interlaken帧层 帧层功能划分 Interlaken帧层 64B 66B 01 数据同步头10 控制同步头通过搜寻同步头实现锁定 块同步 64bit数据匹配缺点 单个SerDeslane累积传输过多的1或0 造成unboundedbaselinewander DCimbalance 64B 67B Interlaken帧层 X代表翻转bit高电平表示将63 0字节翻转 低电平表示不翻转用于维护serdes差分传输的直流平衡保证serdes传输过程中平均电压抖动范围不会过大具体做法是 在每一路串行serdes传输过程中设置1和0计数器 检测到1则计数器增加 检测到0则计数器减少 以正负96为阀值 并同时计算下一个等待传输的64字节里面0跟1谁多 如果倾向与当前serdes内的计算结果一致 就将下一个64bit翻转 64B 67B Interlaken帧层 同步字 元帧同步头 用于确定元帧位置扰码器状态 用于告知接收器当前扰码器的状态跳脱 时钟补偿 可增删负载 接口传输控制字和数据字诊断字 当前通道状态和CRC32校验在帧层层面上述四种控制字长度均为67bit Interlaken帧层 bx10 同步字的66 64bit 和前面的64B 67B一样b011110 同步字的63 58bit 共计6bit 代表同步字的控制类型剩余部分 对于同步字而言是恒定值 同步字 Interlaken帧层 bx10 同步字的66 64bit 和前面的64B 67B一样b001010 同步字的63 58bit 共计6bit 代表扰码器状态字的控制类型因为扰码器多项式为x58 x39 1 故此状态为58bit 扰码器状态字 Interlaken帧层 同步字和扰码状态字不扰码其余所有字的66 64bit不扰码发送端的扰码器只在系统复位的时候复位一次 之后不会再复位 发送端在每个元帧里都将扰码器状态告知接收端 所以接收端无须知道发送端的扰码器复位初始值 只需根据元帧里的扰码器状态来解扰码即可扰码器复位的初始值不得设为全零 并且最好每一路都设为不同的值如果接收端解扰模块期望的下一组扰码器状态和发送端发出的下一组扰码器状态不符 接收端应该在连续三帧出错之后提起出错信息 扰码操作原则 Interlaken帧层 跳脱字 bx10 同步字的66 64bit 和前面的64B 67B一样b000111 同步字的63 58bit 共计6bit 代表跳脱字的控制类型跳脱字用于时钟补偿 比如发送器跟接收器时钟不一致的时候跳脱字可以往负载部分的任意地方插入原则是 在发送端插入跳脱字 在接收端检测并剔除跳脱字典型格式的元帧有一个跳脱字 供接收端删除 Interlaken帧层 诊断字 Interlaken帧层 诊断字 bx10 同步字的66 64bit 和前面的64B 67B一样b011001 同步字的63 58bit 共计6bit 代表诊断字的控制类型Unusedbit 57 3433 32bit用于接收端通过双向口向发送端回传数据通路出错状况 为一可选项33bit代表lane的status 32代表整个接口的status 1 正常 0 有问题CRC32在扰码和翻转前进行 不包含64B 67B的framingbits 包含诊断字bits 63 0 本身 CRC32填充0多项式为 Interlaken帧层 LaneAlignment 多路并发对齐 InterlakenProtocolCore以固定频率同时向lanes发送同步字决定发送频率的是元帧的长度设定值接收端识别同步字 测量lanes之间的skew 调整内部skew补偿逻辑协议对这一部分不作实现方法的具体规定 具体怎么实现 由实现人员自己决定 Interlaken帧层 时钟补偿 原因 中继器不同side存在时钟速率差异方式 SecondClock比firstclock慢 删除跳脱字 SecondClock比firstclock快 增加跳脱字 元帧中的固有跳脱字位置固定 新增跳脱字不能出现在同步字和扰码字 诊断字和同步字之间 剩余任意位置都可以repeater删除跳脱字进行时钟补偿时 需要维护同步字之间的间隔保持不变 间隔受控于MetaFramelength 时钟补偿是针对所有lanes 如果一个检测出时钟差 需要对Interface下的所有lanes进行时钟补偿 Interlaken帧层 时钟补偿 Interlaken帧层 速率匹配 在数据通路上以定义的频率在数据字间插入IdleControlWords速率匹配控制接口的整体数据吞吐量 而不是单channel通过令牌桶实现速率匹配令牌桶颗粒度可配置 Interlaken帧层 速率匹配 Interlaken帧层 错误信息 TheReceiveSerDesLosesLock 失锁 XOFF XONReceiveLogicLosesWordBoundarySync 66 64未能有效识别BadScramblerState 和预期扰码状态不匹配LaneAlignmentFails 接口未能在107UI内同时找到所有lanes的同步字BurstCRC24ErrorsFlowControlErrors 流控状态信息延迟传输UnknownControlWordTypesBad64B 67BCodewordsDiagnosticCRC32ErrorsLaneResiliency 单一lane出现问题时通过软件干涉配置可继续工作 Interlaken帧层 效率分析 效率系数 编码效率X成帧效率X校准效率X元帧成帧效率编码效率 64 67编码 64 67x100 95 5 成帧效率 协议层一个控制字带八个数据字的标准格式 成帧效率是1 9x100 88 8 校准效率 为了将帧尾装成一个8字节的字而填充无效字节 几乎可以不考虑元帧成帧效率 以2k字长元帧为例 去掉控制字剩下的载荷部分 约为 1 4 8 2048 8 100 99 8 按照上面的分析 总的效率系数大约是84 InterlakenPHYIPCore NativePHY12 5Gpbs 40bit InterlakenPHYIPCore NativePHY 帧层功能 BlockSync64 67encode decode加扰 解扰基于LaneCRC32DC均衡使用NativePHY需要外部逻辑处理协议层内容 时钟方案 非bondingchannel抖动大ATXPLL比fPLLjitterperformance要好CMUPLL只适合非bondingchannel 浪费RXChannel多channelbonding时要求channel必须连续 使用NativePHY时需要发送和接收做多Lane去抖对齐 InterlakenPHYIPCore NativePHY xNbondingclock PLLfeedbackclock InterlakenPHYIPCore NativePHY 三个预定义的Interlaken可以帮助熟悉配置按照错误提示修改配置 InterlakenPHYIPCore NativePHY 其他参数 InterlakenPHYIPCore NativePHY 其他参数 InterlakenPHYIPCore NativePHY 其他参数 外部端口不能变 数据位宽 变更数据速率 协议 InterlakenPHYIPCore NativePHY 其他参数 外部端口不能变 数据位宽 变更数据速率 协议 InterlakenPHYIPCore NativePHY 重配置接口 InterlakenPHYIPCore NativePHY 重配置步骤EnabledynamicreconfigurationintheIPEnablethedesiredconfigurationfileformatsintheIPEnablethedesireddynamicreconfigurationfeatures将所有channel依次或同时进行digitalreset将所有channel依次或同时进行analogreset选择重配置方式DirectReconfigurationFlowNativePHYorPLLIPGuidedReconfigurationFlowReconfigurationFlowforSpecialCases进行重配置如果重配置涉及到数据速率或协议变更 需要进行calibration撤销所有channel的analogreset撤销所有channel的digitalreset InterlakenPHYIPCore NativePHY DirectReconfigurationFlow执行重配置1 6读取配置特征对应的寄存器RMW 修改对应特征对应的寄存器 要求熟悉每个地址成员的含义 执行重配置8 10 NativePHYorPLLIPGuidedReconfigurationFlow第一种方式执行重配置1 6和baseconfigurationfile比较 先读取所有数值不同地址寄存器数值 并修改为目的configurationfile数值执行重配置8 10第二种方式执行重配置1 6配置0 x340 选择重配置文件 方式 broadcast 单个channel 读取0 x341 判断是否完成文件写入重配置执行重配置8 10 InterlakenPHYIPCore NativePHY ReconfigurationFlowforSpecialCases执行重配置1 6Readfromthedesiredlookupregister PerformLogicalEncodingPerformread mod