嵌入式高速串行總綫技術——基於FPGA實現與應用 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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讀者對象：

     本書結閤作者多年的工程項目實踐，理論與實現相結閤、圖文並茂、層法清晰，可作為研究生和高年級本科生的教學用書，也可作為嵌入式係統設計人員的參考書。

內容介紹：

     總綫，最早始於計算機領域，是指匯集在一起的多種功能的綫路；後經深化並延伸，則是指計算機各模塊及計算機之間的一種通信係統，涉及硬件（器件、綫纜、電平）和軟件（通信協議），其應用被引入嵌入式領域後，用於嵌入式係統的芯片級、闆級、設備級的互連。本書主要涉及嵌入式係統中的高速串行總綫技術，傳輸速率在Gbps量級。本書首先按時間的先後順序梳理齣計算機和嵌入式係統中常用的總綫技術；然後介紹並基於FPGA實現瞭目前嵌入式係統中常用的高速串行總綫技術，如Serdes、JESD204、SRIO、PCIE、Aurora、SATA總綫，側重於終端技術實現；最後論述嵌入式係統中的常用總綫架構，涉及CPCIE、VPX、FC、Infiniband總綫架構技術，側重於整機設計。

目    錄

第1篇  計算機和嵌入式係統中常用總綫的發展曆程及趨勢

第1章  總綫的發展曆程及後續趨勢    3

1.1  總綫的齣現及定義    3

1.2  PC總綫的發展    5

1.2.1  ISA總綫    6

1.2.2  PCI/PCI-X總綫    7

1.2.3  PCIE總綫    9

1.2.4  ATA/SATA——麵嚮存儲的高速總綫    10

1.3  嵌入式係統總綫的發展    12

1.3.1  嵌入式係統的齣現    12

1.3.2  PC104總綫——ISA總綫的嵌入式係統應用    13

1.3.3  Compact PCI總綫——PCI總綫的嵌入式應用    15

1.3.4  Compact PCIE架構及其在嵌入式的應用    18

1.3.5  SRIO總綫——嵌入式係統的多處理器間互連    19

1.3.6  JESD204總綫——麵嚮ADC、DAC的串行通信總綫結構    21

1.3.7  FC標準——通道技術與網絡技術的結閤    22

1.3.8  VPX架構——嵌入式串行總綫的集大成者    23

1.4  總綫領域三次革命成因與效能分析    25

1.5  高速串行總綫技術的優點及共同點分析    28

1.6  高速串行總綫的後續發展方嚮    29

1.6.1  速率繼續提升    30

1.6.2  采用多階電平傳輸    30

1.6.3  激光通信可行性及其小型化考慮    31

1.6.4  延伸閱讀——激光通信代替微波通信    32

1.7  參考文獻    34

第2篇  嵌入式係統中常用的高速串行總綫及其FPGA實現

第2章  基於SERDES的高速數據傳輸技術    39

2.1  SERDES技術簡介    39

2.2  SERDES物理層——LVDS電平概述    40

2.3  基於FPGA的SERDES傳輸技術概述    42

2.3.1  FPGA對LVDS電平的支持    42

2.3.2  FPGA內部的並/串轉換原語結構OSERDESE2/ISERDESE2    43

2.3.3  基於SERDES原語的傳輸速率分析    44

2.4  基於FPGA實現SERDES原語的高速數據傳輸    45

2.4.1  SERDES發送端設計——設置OSERDESE2相關參數    45

2.4.2  SERDES接收端設計——配置ISERDESE2的相關參數    54

2.4.3  實現SERDES通信功能    59

2.5  延伸閱讀——FPGA時序優化以及自適應延時調整的SERDES傳輸技術    61

2.5.1  時鍾位置優化——減少由時鍾位置造成的延時    61

2.5.2  時序優化——OFFSET約束    63

2.5.3  時序優化——MAXSKEW約束    64

2.5.4  基於Idelay的延時調整技術    64

2.5.5  基於Idelay的自適應動態延時調整技術    66

2.6  小結    67

2.7  延伸閱讀——後起之秀：Xilinx公司及其FPGA    67

2.8  參考文獻    69

第3章  基於JESD204協議的ADC、DAC數據傳輸    71

3.1  JESD204協議概述    71

3.2  JESD204協議分析    74

3.2.1  JESD204物理層分析    74

3.2.2  幀填充    76

3.2.3  8B/10B編/解碼    77

3.2.4  加/解擾碼（Scrambling/De-Scrambling）    79

3.2.5  JESD204協議接收狀態機分析    80

3.3  基於GTX實現JESD204協議    82

3.3.1  可行性分析——物理層規範兼容    83

3.3.2  物理層GTX結構分析    83

3.3.3  基於GTX的JESD204協議功能模塊構建    88

3.3.4  JESD204協議若乾技術點分析    99

3.4  小結    104

3.5  參考文獻    104

第4章  基於SRIO總綫的高速通信結構    105

4.1  SRIO總綫——麵嚮嵌入式係統互連    105

4.1.1  嵌入式總綫與PC總綫應用分道揚鑣    105

4.1.2  SRIO技術針對嵌入式係統互連    107

4.1.3  SRIO VS PCIE VS Ethernet VS Others    108

4.2  SRIO協議分析    110

4.2.1  SRIO協議層次結構    110

4.2.2  SRIO物理層規範    111

4.2.3  數據包及操作類型    113

4.2.4  鏈路同步    115

4.2.5  鏈路編碼    115

4.2.6  配置空間    117

4.3  基於SRIO總綫的點對點通信功能實現    117

4.3.1  創建SRIO工程    118

4.3.2  SRIO工程結構分析    126

4.3.3  SRIO點對點通信的關鍵技術分析及實現    128

4.3.4  SRIO IP核點對點通信功能測試    130

4.4  基於SRIO總綫的交換結構通信功能實現    131

4.4.1  基於SRIO總綫的交換結構概述    131

4.4.2  SRIO交換芯片80HCPS1616簡介    131

4.4.3  SRIO交換芯片80HCPS1616配置    133

4.4.4  80HCPS1616的I2C配置接口    137

4.4.5  Maintenance幀配置SRIO交換芯片    139

4.4.6  SRIO交換結構的通信性能測試    142

4.5  小結    144

4.6  延伸閱讀——串行總綫技術再提速，從信息不確定性說起    145

4.7  參考文獻    146

第5章  基於PCIE總綫的高速數據傳輸技術    149

5.1  PCIE總綫概述    149

5.2  PCIE協議分析    151

5.2.1  PCIE 拓撲結構    151

5.2.2  PCIE分層結構    151

5.2.3  PCIE鏈路編碼與擾碼    153

5.2.4  PCIE 地址空間與事務類型    153

5.2.5  延伸閱讀——PCIE總綫鏈路同步    154

5.3  基於PCIE協議的點對點通信功能實現    157

5.3.1  FPGA內嵌PCIE硬核簡介    157

5.3.2  建立PCIE點對點通信工程    158

5.3.3  PCIE IP核源代碼分析    171

5.3.4  PCIE節點接收流程分析    173

5.3.5  PCIE節點發送流程分析    174

5.3.6  基於PCIE協議的點對點通信功能測試    175

5.4  小結    176

5.5  延伸閱讀——再論馬太效應：從PCIE代替AGP總綫說起    177

5.6  參考文獻    178

第6章  基於Aurora協議的高速傳輸技術    181

6.1  Aurora總綫概述    181

6.2  Aurora總綫協議分析    181

6.2.1  Aurora總綫通信模型    181

6.2.2  Aurora物理層電氣特性    182

6.2.3  Aurora數據幀結構    184

6.2.4  Aurora鏈路同步    185

6.3  基於Aurora總綫的通信功能實現    188

6.3.1  建立Aurora總綫測試工程    188

6.3.2  Aurora總綫協議文件及接口分析    192

6.3.3  Aurora總綫幀模式與流模式    194

6.3.4  Aurora總綫通信性能分析及測試    196

6.4  小結    198

6.5  延伸閱讀——Xilinx公司及其Aurora總綫    198

6.6  參考文獻    199

第7章  基於SATA總綫的高速數據存儲技術    201

7.1  多種高速數據存儲方式涉及的總綫形式    202

7.1.1  基於ATA總綫標準的數據存儲方式    202

7.1.2  基於SCSI總綫標準的高速數據存儲方式    203

7.1.3  基於SAS/SATA總綫標準的高速數據存儲方式    205

7.1.4  延伸閱讀——基於Nand Flash陣列的高速數據存儲方式    208

7.1.5  延伸閱讀——基於eMMC及陣列的高速數據存儲方式    209

7.1.6  多種存儲實現方式的比較與分析    210

7.2  SATA協議分析    211

7.2.1  SATA的分層結構    211

7.2.2  SATA啓動過程    212

7.2.3  SATA數據幀與編碼    213

7.3  SATA協議IP核的FPGA實現    216

7.3.1  Virtex-5 FPGA GTX簡介    216

7.3.2  SATA協議物理層實現    218

7.3.3  SATA協議的OOB通信    226

7.3.4  SATA協議的鏈路層及傳輸層關鍵技術分析    228

7.3.5  SATA協議的應用層實現分析    231

7.3.6  SATA 協議IP核測試    231

7.4  小結    232

7.5  延伸閱讀——基於DNA的生物學存儲技術    234

7.6  參考文獻    236

第3篇  整機設計的嵌入式係統高速數據總綫

第8章  CPCIE總綫架構    239

8.1  CPCIE總綫簡介    239

8.2  CPCIE係統中功能模塊分類    241

8.3  CPCIE係統連接關係與信號定義    242

8.3.1  連接器類型    242

8.3.2  係統闆    245

8.3.3  外設闆    248

8.3.4  交換闆    249

8.4  CPCIE係統整機設計要素    251

8.4.1  功能模塊標識    251

8.4.2  供電要求    252

8.4.3  時鍾設計    253

8.5  小結    253

8.6  參考文獻    254

第9章  VPX總綫架構    255

9.1  VPX總綫的起源    255

9.2  VPX協議族分析    257

9.3  VPX協議的典型應用    259

9.4  連接關係與信號定義    260

9.5  整機設計要素    265

9.5.1  模塊防插錯設計    265

9.5.2  電源設計    266

9.5.3  功能模塊與背闆信號映射關係    267

9.6  VPX架構與CPCIE架構的異同    270

9.7  小結    270

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