Xilinx的技术生态做的非常好，基本上所有常用的IP核都有官方例程（example design）供开发者学习，咱不用白不用，今儿咱就一起白嫖他一手----从官方例程开始学习如何具体使用这个IP核。
系列汇总：一天上手Aurora 8B/10B IP核----汇总篇（直达链接）
1、IP核定制与官方例程的生成
首先新建一个工程，这个工程什么除了生成Aurora 8B/10B IP核以外什么也不做。
IP核的定制过程如下：
1.1、第一页配置：物理层以及链路层信息选择
物理层Physical Layer：
Lane Width：链路位宽，可选项2或者4，单位Bytes（这里我们为了将用户时钟降下来方便后续做时钟约束，选择4bytes）
Line Rate：线速率，范围0.5~6.25Gbps，这个根据项目需求来就行，选择3.125Gbps
GT Refclk：串行收发器GT的参考时钟，根据板卡实际情况来，我们这里选择125M
INIT clk：初始化时钟，在GT复位时，user_clk是停止工作的，推荐INIT CLK时钟频率低于GT参考时钟，直接选择默认50M
DRP clk：动态重配置时钟，该功能用的不多，直接按默认50M来就是的
链路层Link Layer：
Dataflow Mode：数据流模式，可选全双工/ 只接收/ 只发送，我们这里选择全双工模式
Interface：Framing/streaming可选。本文为streaming接口
Flow Control：流控，streaming接口模式下不可选
Back Channel：只有在单工模式才能选择（sidebands/timer 可选）
Scrambler/Descrambler ：绕码/解绕，这里不选择
Little Endian Support ：勾选小端模式，小段模式对应[31:0]这种书写习惯，大端模式对应的是[0:31]这种书写习惯
调试和控制：Debug And Control：
提供了诸如ILA和VIO等调试IO核和其他一些状态指示位来对IP的运行状态进行监控，我们为了测试方便，这类调试接口暂时都不选取
1.2、第二页配置：对应GT收发器的物理位置选择
这里根据自己的FPGA芯片上的GT实际情况选择就行，我们仅为仿真测试就随便选取一条通道：
1.3、第三页配置：共享逻辑的位置
例如时钟以及复位等逻辑，是在核内还是在例子工程内（大多数IP核Xilinx都会提供例程供参考）。推荐将共享逻辑设置在官方例程内，这样我们后续对IP核的使用就可以直接在官方例程的基础上进行一点小修改就行了。
1.4、官方例程Example Design的生成
将IP核定制好并综合后，就可以生成官方例程Example Design了：
2、官方例程解析
对官方例程的解析主要参考生成源码以及《PG046：Aurora 8B/10B v11.1 LogiCORE IP Product Guide》。通过上述资料中，我们可以掌握IP核的使用方法和了解例程的大致组成。
2.1、官方例程的组成
我们首先看下生成例程资源的逻辑层级排列：
设计资源的层次这样看不是很明显，我们调出框图再来看看：
这样基本能看明白大概了：
- support模块：核心，包含了对IP、GT等的例化处理等一系列操作；后续在我们的应用中此部分不需要修改
- frame_gen：数据生成模块，采用LFSR的方式生成伪随机序列；后续在我们的应用中此部分可替换成我们的数据输入模块（建议加入FIFO，这样代码的复用性更佳）
- frame_check：数据检验模块，对接受的数据进行检验以验证传输的正确性；后续在我们的应用中此部分可替换成我们的数据检查模块或者删除
- LL_AXI：LL总线转AXI总线（据说该例程原本的接口是LL接口，后面Xilinx为了推广AXI总线，所以本例程直接在原来代码的基础上增加了总线转换模块）
- AXI_LL：AXI总线转LL总线，原因同上
仿真部分的内容根据层级就很容易理解--调用了两次例程。根据Xilinx一贯的尿性，很容易猜出来这又是要进行环回测试。
实际上从手册中也可以窥见一二：
- Testbench例化了两个例程
- 例程1生成数据后经Aurora发给了例程2的检测模块，并将结果反馈给Testbench
- 例程2生成数据后经Aurora发给了例程1的检测模块，并将结果反馈给Testbench
2.2、Support模块（IP核例化核心模块）
废话不多说，先来看下Support模块的组成：
从组成就不难看出，Support模块最主要的功能是例化aurora IP核并将时钟、复位等信号统统一起打包。所以我们不需要对Support模块的内部构造进行详细了解，直接看看其对外接口就差不多可以拿来用了。
Support模块下的子模块：
- clock_module：时钟处理生成模块
- support_reset_logic_i：复位逻辑生成模块
- gt_common_support：与GT收发器相关的时钟生成其其他
2.3、数据生成模块（发送）
上面说了只要将数据生成模块替换成我们自己的文件（可能还需要对数据检查模块（接收）进行更改）就可以实现对官方例程的二次创作，从而完成对Aurora IP的利用了。那么我们自然需要对其源码好好探究一番了。
完整代码如下：
`timescale 1 ns / 1 ps
`define DLY #1
module aurora_8b10b_0_FRAME_GEN
(
// User Interface
TX_D,
TX_SRC_RDY_N,
TX_DST_RDY_N,
// System Interface
USER_CLK,
RESET,
CHANNEL_UP
);
//*****************************Parameter Declarations****************************
//***********************************Port Declarations*******************************
// User Interface
output [0:31] TX_D;
output TX_SRC_RDY_N;
input TX_DST_RDY_N;
// System Interface
input USER_CLK;
input RESET;
input CHANNEL_UP;
//***************************External Register Declarations***************************
reg TX_SRC_RDY_N;
//***************************Internal Register Declarations***************************
reg [0:15] data_lfsr_r;
wire reset_c;
wire dly_data_xfer;
reg [4:0] channel_up_cnt;
//*********************************Main Body of Code**********************************
always @ (posedge USER_CLK)
begin
if(RESET)
channel_up_cnt <= `DLY 5'd0;
else if(CHANNEL_UP)
if(&channel_up_cnt)
channel_up_cnt <= `DLY channel_up_cnt;
else
channel_up_cnt <= `DLY channel_up_cnt + 1'b1;
else
channel_up_cnt <= `DLY 5'd0;
end
assign dly_data_xfer = (&channel_up_cnt);
//Generate RESET signal when Aurora channel is not ready
assign reset_c = RESET || !dly_data_xfer;
//______________________________ Transmit Data __________________________________
//Transmit data when TX_DST_RDY_N is asserted.
//Random data is generated using XNOR feedback LFSR
//TX_SRC_RDY_N is asserted on every cycle with data
always @(posedge USER_CLK)
if(reset_c)
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hABCD; //random seed value
TX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b1;
end
else if(!TX_DST_RDY_N)
begin
data_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},
data_lfsr_r[0:14]};
TX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b0;
end
//Connect TX_D to the DATA LFSR register
assign TX_D = {2{data_lfsr_r}};
endmodule
代码不多，咱直接一段一段的拆：
2.3.1、端口
// User Interface
output [0:31] TX_D;
output TX_SRC_RDY_N;
input TX_DST_RDY_N;
// System Interface
input USER_CLK;
input RESET;
input CHANNEL_UP;
- TX_DST_RDY_N：等同于s_axi_tx_tready，置位时表示此时IP核准备好发送数据了
- TX_SRC_RDY_N：等同于s_axi_tx_tvalid，置位时表示此时用户准备通过IP核发送数据了
- TX_D：等同于s_axi_tx_data，欲发送的数据
- USER_CLK：用户时钟，用户对IP核的操作都需要在这个时钟下
- RESET：复位信号，由support模块生成，可能是GT的硬复位，也可能是传输错误导致的软复位
- CHANNEL_UP：置位表示此时对应的channel初始化完成，处于正常工作的状态
再来看看图对比理解：
2.3.2、等待初始化
always @ (posedge USER_CLK)
begin
if(RESET)
channel_up_cnt <= `DLY 5'd0;
else if(CHANNEL_UP)
if(&channel_up_cnt)
channel_up_cnt <= `DLY channel_up_cnt;
else
channel_up_cnt <= `DLY channel_up_cnt + 1'b1;
else
channel_up_cnt <= `DLY 5'd0;
end
assign dly_data_xfer = (&channel_up_cnt);
//Generate RESET signal when Aurora channel is not ready
assign reset_c = RESET || !dly_data_xfer;如果CHANNEL_UP还没有起来，那么channel_up_cnt将为全0，而dly_data_xfer为0，所以语句assign reset_c = RESET || !dly_data_xfer恒成立，reset_c恒为1，所以一直处于复位状态。
当CHANNEL_UP起来后，channel_up_cnt需要一定的时间才能计数到5‘b11111，然后dly_data_xfer为1，所以此时assign reset_c = RESET || !dly_data_xfer等价于assign reset_c = RESET，即RESET控制reset_c信号。而RESET一般在CHANNEL_UP起来前就处于无效复位状态了，所以此时通道进入正常工作模式。
2.3.3、LFSR的使用
always @(posedge USER_CLK)
if(reset_c)
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hABCD; //random seed value
TX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b1;
end
else if(!TX_DST_RDY_N)
begin
data_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},
data_lfsr_r[0:14]};
TX_SRC_RDY_N <= `DLY 1'b0;
end
//Connect TX_D to the DATA LFSR register
assign TX_D = {2{data_lfsr_r}};关于LFSR可参考：FPGA实现的线性反馈移位寄存器LFSR
此时载入的种子为16'hABCD。
2.4、数据检查模块（接受与检查）
既然数据有发那就有收，同时既然是例程，那么我收了你的货也得验验货不是（检查收发过程的正确性）？
check模块的完整代码如下：
module aurora_8b10b_0_FRAME_CHECK
(
// User Interface
RX_D,
RX_SRC_RDY_N,
// System Interface
USER_CLK,
RESET,
CHANNEL_UP,
ERR_COUNT
);
//***********************************Port Declarations*******************************
// User Interface
input [0:31] RX_D;
input RX_SRC_RDY_N;
// System Interface
input USER_CLK;
input RESET;
input CHANNEL_UP;
output [0:7] ERR_COUNT;
//***************************Internal Register Declarations***************************
// Slack registers
reg [0:31] RX_D_SLACK;
reg RX_SRC_RDY_N_SLACK;
reg [0:8] err_count_r = 9'd0;
// RX Data registers
reg [0:15] data_lfsr_r;
//*********************************Wire Declarations**********************************
wire reset_c;
wire [0:31] data_lfsr_concat_w;
wire data_valid_c;
wire data_err_detected_c;
reg data_err_detected_r;
//*********************************Main Body of Code**********************************
//Generate RESET signal when Aurora channel is not ready
assign reset_c = RESET;
// SLACK registers
always @ (posedge USER_CLK)
begin
RX_D_SLACK <= `DLY RX_D;
RX_SRC_RDY_N_SLACK <= `DLY RX_SRC_RDY_N;
end
//______________________________ Capture incoming data ___________________________
//Data is valid when RX_SRC_RDY_N is asserted
assign data_valid_c = !RX_SRC_RDY_N_SLACK;
//generate expected RX_D using LFSR
always @(posedge USER_CLK)
if(reset_c)
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed value
end
else if(CHANNEL_UP)
begin
if(data_valid_c)
data_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},
data_lfsr_r[0:14]};
end
else
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed value
end
assign data_lfsr_concat_w = {2{data_lfsr_r}};
//___________________________ Check incoming data for errors __________________________
//An error is detected when LFSR generated RX data from the data_lfsr_concat_w register,
//does not match valid data from the RX_D port
assign data_err_detected_c = (data_valid_c && (RX_D_SLACK != data_lfsr_concat_w));
//We register the data_err_detected_c signal for use with the error counter logic
always @(posedge USER_CLK)
data_err_detected_r <= `DLY data_err_detected_c;
//Compare the incoming data with calculated expected data.
//Increment the ERROR COUNTER if mismatch occurs.
//Stop the ERROR COUNTER once it reaches its max value (i.e. 255)
always @(posedge USER_CLK)
if(CHANNEL_UP)
begin
if(&err_count_r)
err_count_r <= `DLY err_count_r;
else if(data_err_detected_r)
err_count_r <= `DLY err_count_r + 1;
end
else
begin
err_count_r <= `DLY 9'd0;
end
//Here we connect the lower 8 bits of the count (the MSbit is used only to check when the counter reaches
//max value) to the module output
assign ERR_COUNT = err_count_r[1:8];
endmodule
代码继续拆分，走着！
2.4.1、端口与中间变量
// User Interface
input [0:31] RX_D;
input RX_SRC_RDY_N;
// System Interface
input USER_CLK;
input RESET;
input CHANNEL_UP;
output [0:7] ERR_COUNT;
//***************************Internal Register Declarations***************************
// Slack registers
reg [0:31] RX_D_SLACK;
reg RX_SRC_RDY_N_SLACK;
reg [0:8] err_count_r = 9'd0;
// RX Data registers
reg [0:15] data_lfsr_r;
//*********************************Wire Declarations**********************************
wire reset_c;
wire [0:31] data_lfsr_concat_w;
wire data_valid_c;
wire data_err_detected_c;
reg data_err_detected_r;- RX_SRC_RDY_N：等同于m_axi_rx_tvalid，置位时表示总线上的数据为有效信号
- RX_D：等同于m_axi_rx_tdata，从总线上接收的数据
- USER_CLK：用户时钟，用户对IP核的操作都需要在这个时钟下
- RESET：复位信号，由support模块生成，可能是GT的硬复位，也可能是传输错误导致的软复位
- CHANNEL_UP：置位表示此时对应的channel初始化完成，处于正常工作的状态
- ERR_COUNT：对接收过程中的错误进行计数
再来看看图对比理解：
2.4.2、端口寄存与LFSR数据生成
//Generate RESET signal when Aurora channel is not ready
assign reset_c = RESET;
// SLACK registers
always @ (posedge USER_CLK)
begin
RX_D_SLACK <= `DLY RX_D;
RX_SRC_RDY_N_SLACK <= `DLY RX_SRC_RDY_N;
end
//______________________________ Capture incoming data ___________________________
//Data is valid when RX_SRC_RDY_N is asserted
assign data_valid_c = !RX_SRC_RDY_N_SLACK;
//generate expected RX_D using LFSR
always @(posedge USER_CLK)
if(reset_c)
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed value
end
else if(CHANNEL_UP)
begin
if(data_valid_c)
data_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},
data_lfsr_r[0:14]};
end
else
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed value
end
assign data_lfsr_concat_w = {2{data_lfsr_r}};assign reset_c = RESET。复位信号直接链接到RESET这没什么好说的。
always @ (posedge USER_CLK)
begin
RX_D_SLACK <= `DLY RX_D;
RX_SRC_RDY_N_SLACK <= `DLY RX_SRC_RDY_N;
end这里将输入的数据及有效信号均寄存了一拍以便改善时许，实际上Xilinx大多数的例程中都是这样处理。
//Data is valid when RX_SRC_RDY_N is asserted
assign data_valid_c = !RX_SRC_RDY_N_SLACK;
//generate expected RX_D using LFSR
always @(posedge USER_CLK)
if(reset_c)
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed value
end
else if(CHANNEL_UP)
begin
if(data_valid_c)
data_lfsr_r <= `DLY {!{data_lfsr_r[3]^data_lfsr_r[12]^data_lfsr_r[14]^data_lfsr_r[15]},
data_lfsr_r[0:14]};
end
else
begin
data_lfsr_r <= `DLY 16'hD5E6; //random seed value
end
assign data_lfsr_concat_w = {2{data_lfsr_r}};这一段是在通道正常起来后生成与发送模块对应的LFSR数据，以便后续比对来验证通讯过程是否正确。
2.4.3、数据正确性验证
//An error is detected when LFSR generated RX data from the data_lfsr_concat_w register,
//does not match valid data from the RX_D port
assign data_err_detected_c = (data_valid_c && (RX_D_SLACK != data_lfsr_concat_w));
//We register the data_err_detected_c signal for use with the error counter logic
always @(posedge USER_CLK)
data_err_detected_r <= `DLY data_err_detected_c;
//Compare the incoming data with calculated expected data.
//Increment the ERROR COUNTER if mismatch occurs.
//Stop the ERROR COUNTER once it reaches its max value (i.e. 255)
always @(posedge USER_CLK)
if(CHANNEL_UP)
begin
if(&err_count_r)
err_count_r <= `DLY err_count_r;
else if(data_err_detected_r)
err_count_r <= `DLY err_count_r + 1;
end
else
begin
err_count_r <= `DLY 9'd0;
end
//Here we connect the lower 8 bits of the count (the MSbit is used only to check when the counter reaches
//max value) to the module output
assign ERR_COUNT = err_count_r[1:8];
endmodule 当接受到的收据与自身通过LFSR生成的数据不一致时，则拉高错误指示信号表示此时发生了传输错误，为了消除毛刺，还将此信号寄存了一拍。
若错误指示信号为高，则将错误指示计数器+1。
3、仿真结果
直接进行功能仿真直到自动停止，先看下整体框图：
可以看到在50多us的时候，例化的两个模块的通道都已经建立了正常的连接（红框），然后一段时间后仿真结束。至于其他的话，各种时钟信号也都起来了，复位也都是正常的，所以仿真应该没啥问题。
接下来我们看下第一个回环：第一个模块发送+第二个模块检查，只看下面两个模块（一发一收）的波形：
信号太多，我们删去一些，只保留关键的时钟和发送的数据和检查的数据。
发送端发送的数据：
限于篇幅，只截取了前三个：d5e6d5e6----eaf3eaf3----f579f579。
接收端接收到的数据：
限于篇幅，只截取了前三个：d5e6d5e6----eaf3eaf3----f579f579。
可以见到接受的数据与发送的数据一致，证明数据通道的第一个环回成功。
第二个环回通道的配置--第二个模块发送+第一个模块检查，只看下面两个模块（一发一收）的波形：
参考上面，直接看下发送端与接受端的数据：
可以看到，情况与上述一致，那就证明第二个环回也成功了。
4、其他
4.1、一些问题
4.1.1、仿真速度
vivado自带的simulator做仿真是真的挺慢的。而且Aurora这个IP核的仿真速度貌似还和选择的器件有关。一开始我直接按手里开发板的FPGA型号（A7）来生成官方例程，结果channel_up这个信号是一直拉不高，我等啊等，等啊等，差点给我人等崩溃了。
最后发现仿真时间居然要1ms，如下：
为了验证是否是器件仿真模型带来的影响，又分别选择一款K7器件和V7器件对IP核重新生成并仿真，其channel_up起来的时间分别如下。
K7（50多us）：
V7（也是50多us）：
所以，如果您仿真时间过长，建议先换个器件试试（有可能仿真模型差距真就这么大）。
4.1.2、线速率与用户时钟的关系
用户时钟是IP核反馈给我们的时钟，我们对数据的操作都应该在此时钟域下。
用户时钟*数据位宽/0.8 = 线速率。除以0.8是因为8B/10B的编码方式下存在20%的编码开销，而lane的数量则与线速率无关，因为实际上一条lane就是一条线，也就是说线速率其实就是lane速率。
将我们在上面测试的数据代入，线速率3.125Gbps，数据位宽32位，算得用户数据应该为：3.125Gbps * 0.8 / 32 = 78.125MHz，也就是时钟周期应该是1/78.125 = 12.8ns。
我们在仿真界面测一下，用户时钟的周期，结果如下：12.8ns，正与理论一致。
4.2、总结
-
可以看到Aurora 8B/10B IP核 还是比较容易上手。在官方例程的基础上，把发送和接受模块稍微修改一下，差不多就可以直接拿过来进行简单的使用了。
-
下一节我们再来一起学习下Aurora IP核的example design（Framing接口）。
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