interlaken标准详解学习课程

1、p interlanken协议是一种芯片间高速数据传输协议pXAUI(zowie)只有10Gbps，SPI协议带宽更低p interlaken协议支持多通道传输，带宽可达150Gbpspinterlanken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比较第1页/共55页第一页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken层次关系第2页/共55页第二页，编辑于星期六：二点 四分。p 协议层p 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

2、字，跳脱字，诊断字)扰码多路并发对齐serdes并串转换第3页/共55页第三页，编辑于星期六：二点 四分。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第4页/共55页第四页，编辑于星期六：二点 四分。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（Optional scheduling Enhancement）与BurstMin非常相关Burstshoot:两个

3、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;第5页/共55页第五页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken协议层当 pkt_len mod burst_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第6页/共55页第六页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken协议层第7页/共55页第七页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken协议层第8页/共55页第八页，编辑于星期六：二

4、点 四分。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 第9页/共55页第九页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken协议层第10页/共55页第十页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken协议层协议层控制字补充： p EOP_FORMAT 1xxx ：包结束，bits59:57定义burst 最后一个8-byte word的有效字节数。bit59:57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

5、始；0000：包未结束，无错误；0001：包结束，存在错误；其他：保留第11页/共55页第十一页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken协议层协议层控制字补充： p Multiple-Use 需要超过256channels，那么这8bit作为channel number的扩展，代表channel numbet的低8位； 若需要额外的带内流控bit，这8bit在In-Band Flow Control(bits55:40)后追加8 calendar entries;或其他应用第12页/共55页第十二页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken协议层条带化以8字节的数据字或者控制字为

6、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物理链路第13页/共55页第十三页，编辑于星期六：二点 四分。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XONXOFF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calendar structure中， calendar structure同样可以提供整个接口的链路级流控信息256通道带内流控第14页/共55页第十四页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken 流控 带内流量一般用于源设备与

7、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pFC_CLK ： 带外流控时钟pFC_DATA：带外流控数据，单bit，含义和XON、XOFF相同pFC_SYNC：带外流控传输同步头4通道带外流控第15页/共55页第十五页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层帧层功能划分第16页/共55页第十六页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层 64B/66Bp01：数据同步头p10：控制同步头p通过搜寻同步头实现锁定、块同步、64bit数据匹配p缺点： 单个SerDes lane累积传输过多的1或0，造成unbounde

8、d baseline wander、 DC imbalance 64B/67B第17页/共55页第十七页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层p X代表翻转bitp高电平表示将63-0字节翻转，低电平表示不翻转p用于维护serdes差分传输的直流平衡p保证serdes传输过程中平均电压抖动范围不会过大p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第18页/共55页第十

9、八页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层p同步字：元帧同步头，用于确定元帧位置p扰码器状态：用于告知接收器当前扰码器的状态p跳脱：时钟补偿，可增删p负载： 接口传输控制字和数据字p诊断字：当前通道状态和CRC32校验p在帧层层面上述四种控制字长度均为67bit第19页/共55页第十九页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层pbx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样pb011110 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表同步字的控制类型p剩余部分：对于同步字而言是恒定值同步字第20页/共55页第二十页，编辑于星期六：二点 四分。Inte

10、rlaken帧层pbx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样pb001010 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表扰码器状态字的控制类型p因为扰码器多项式为x58 + x39+ 1，故此状态为58bit扰码器状态字第21页/共55页第二十一页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层p同步字和扰码状态字不扰码p其余所有字的66-64bit不扰码p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p扰码器复位的初始值不得设为

11、全零，并且最好每一路都设为不同的值p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第22页/共55页第二十二页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层跳脱字pbx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样pb000111 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表跳脱字的控制类型p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p跳脱字可以往负载部分的任意地方插入p原则是：在发送端插入跳脱字，在接收端检测并剔除跳脱字p典型格式的元帧有一个跳脱字，供接收端删除第23页/共55页

12、第二十三页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层诊断字第24页/共55页第二十四页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层诊断字pbx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样pb011001 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表诊断字的控制类型pUnused bit：57:34p33-32bit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pCRC32在扰码和翻转前进行，不包含64B/67B的framing bits, 包含诊断字 b

13、its 63:0本身 ，CRC32 填充0p多项式为第25页/共55页第二十五页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层Lane Alignment(多路并发对齐)pInterlaken Protocol Core以固定频率同时向lanes发送同步字p决定发送频率的是元帧的长度设定值p接收端识别同步字、测量lanes之间的skew，调整内部skew补偿逻辑p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 员自己决定第26页/共55页第二十六页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层时钟补偿p原因：中继器不同side存在时钟速率差异p方式：Second Cl

14、ock 比first clock慢，删除跳脱字； Second Clock 比first clock快，增加跳脱字；p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prepeater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)p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进行时钟补偿第27页/共55页第二十七页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层时钟补偿第28页/共55页第二十八页，编辑于星期六：二点 四分。I

15、nterlaken帧层速率匹配p在数据通路上以定义的频率在数据字间插入Idle Control Words p速率匹配控制接口的整体数据吞吐量，而不是单channelp通过令牌桶实现速率匹配p令牌桶颗粒度可配置第29页/共55页第二十九页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层速率匹配第30页/共55页第三十页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层错误信息pThe Receive SerDes Loses Lock：失锁，XOFF/XONpReceive Logic Loses Word Boundary Sync：66:64未能有效识别pBad Scrambler

16、State：和预期扰码状态不匹配pLane Alignment Fails：接口未能在107UI内同时找到所有lanes的同步字pBurst CRC24 ErrorspFlow Control Errors ：流控状态信息延迟传输pUnknown Control Word TypespBad 64B/67B CodewordspDiagnostic CRC32 ErrorspLane Resiliency：单一lane出现问题时通过软件干涉配置可继续工作第31页/共55页第三十一页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken帧层效率分析p效率系数= 编码效率 X 成帧效率 X 校准效率 X

17、 元帧成帧效率p编码效率：64/67编码，64/67x100%=95.5%p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%p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p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%p按照上面的分析，总的效率系数大约是84%第32页/共55页第三十二页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY 12.5Gpbs/40bit第33页/共55页第三十三页，编辑于星期六：二点

18、 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY帧层功能：Block Sync64/67 encode/decode加扰/解扰基于Lane CRC32DC均衡使用Native PHY需要外部逻辑处理协议层内容时钟方案：非bonding channel 抖动大ATX PLL比fPLL jitter performance要好CMU PLL只适合非bonding channel，浪费 RX Channel 多channel bonding时要求channel必须连续使用Native PHY时需要发送和接收做多Lane去抖对齐第34页/共55页第三十四页，编辑于星期六：二点

19、 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHYxN bonding clockPLL feedback clock第35页/共55页第三十五页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY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第36页/共55页第三十六页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY其他参数第37页/共55页第三十七页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY其他参数第38页

20、/共55页第三十八页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY其他参数外部端口不能变(数据位宽)变更数据速率、协议第39页/共55页第三十九页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY其他参数外部端口不能变(数据位宽)变更数据速率、协议第40页/共55页第四十页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY重配置接口第41页/共55页第四十一页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY重配置步

21、骤1.Enable dynamic reconfiguration in the IP2.Enable the desired configuration file formats in the IP3.Enable the desired dynamic reconfiguration features4.将所有channel依次或同时进行digital reset5.将所有channel依次或同时进行analog reset6.选择重配置方式Direct Reconfiguration FlowNative PHY or PLL IP Guided Reconfiguration Flow

22、Reconfiguration Flow for Special Cases7.进行重配置8.如果重配置涉及到数据速率或协议变更，需要进行calibration9.撤销所有channel的analog reset10. 撤销所有channel的digital reset第42页/共55页第四十二页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHYDirect Reconfiguration Flowp执行重配置16p读取配置特征对应的寄存器pRMW，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)p执行重配置810Native PHY or P

23、LL IP Guided Reconfiguration Flow一第一种方式p执行重配置16p和base configuration file比较，先读取所有数值不同地址寄存器数值，并修改为目的configuration file数值p执行重配置810二第二种方式p执行重配置16p配置0 x340，选择重配置文件、方式(broadcast/单个channel)；p 读取0 x341，判断是否完成文件写入重配置p执行重配置810第43页/共55页第四十三页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHYReconfiguration Flow fo

24、r Special Casesp执行重配置16p Read from the desired lookup register.pPerform Logical EncodingpPerform read-modify-write to the required feature address with the desired/encoded valuep执行重配置810p针对 TX PLL/TX PLL 参考时钟/RX CDR参考时钟可以选择此重配置第44页/共55页第四十四页，编辑于星期六：二点 四分。Interlaken PHY IP Core-Native PHY重配置文件第45页/共55页第四十五页，编辑于星期六：二点 四分。In