隨著需求的多樣化，FPGA的功能也進一步的增強。其中，高速收發(fā)器從本來是只有高端FPGA才有的模塊，已經變?yōu)橄鄬ζ占暗纳踔帘貍涞墓δ苣K。而10G的線速率也從多年前的少數(shù)FPGA支持，變?yōu)槟壳暗闹髁骶€速率。

由于FPGA的最大特點就是靈活，所以FPGA的高速收發(fā)器也擁有非常繁瑣的配置選項，目的就是為了靈活地支持各種傳輸協(xié)議。之所以稱之為繁瑣，就是靈活性帶來的弊端，即想要理清楚諸多的功能，就需要非常多時間在高速收發(fā)器上。

不過對于大部分的用戶來說，需要使用高速收發(fā)器的接口通常是相對固定的，這樣功能也就相對固定。這樣就沒有必要理解高速收發(fā)器全部的功能，只要理解需要使用的配置含義即可。這樣可以快速進行嘗試/測試，在嘗試/測試過程中結合文檔進行深入理解。這樣比強行讀完文檔再動手實踐，學習效果上有可能更好。所以Xilinx的高速收發(fā)器中默認就帶了一些常用接口的配置，便于用戶的學習/使用。

Xilinx 7系列FPGA芯片配置四種高速收發(fā)器，按照支持的最高線速率從低到高排列分別是GTP，GTX，GTH，GTZ。

GTP由于結構問題，使用起來靈活性較差，同時支持的最高線速率也只有6.x個G。GTZ屬于7系列中最高端的高速收發(fā)器，集成GTZ的FPGA很少，同時也是用了多die技術，物理上和FPGA主體是兩個部分。對這兩種GT，本文不做更多的介紹。

與GTX相比，GTH整體結構幾乎一樣，只是在個別細節(jié)有更多的配置或者更強大的性能?？紤]到文檔都是同一篇文檔，所以本文以GTX為例。本文所有內容，除非特別注明，都同時適用于GTX和GTH。

對于高速收發(fā)器GTX來說，雖然可以通過IP中的默認配置來進行初步的學習，而且有一定基礎之后，可以手動配置GTX參數(shù)。但是如果不充分理解GTX的各個功能，最常見的被卡住的地方，就是不能/不知道如何進行正確的問題定位。所以文本的主題就是介紹一些常用的調試手段和步驟，便于使用者初步定位問題。即使無法定位，將這些調試工作詳細記錄并提交給FAE，也會有很大的幫助。

這里需要說明，GTX的問題通常都不簡單，調試工作更是繁瑣。而且很可能無功而返，最終還是要請FAE/技術支持來幫忙解決。但是這不代表可以將所有的工作都推給FAE/技術支持。進行一些初步的調試，并將結果反饋給FAE/技術支持，可以讓專家更快的理解問題的現(xiàn)象并給出進一步的建議，而無需從最基礎的工作開始一步一步檢查。

第一步，在配置好的GTX的IP基礎上，生成GTX的example design，并做仿真。

首先，Vivado工具的一個優(yōu)點就是幾乎所有IP都會提供一個基于IP配置的example design，對于GTX這樣復雜的IP，這個example design是一個完成的工程，提供了多種用途，是一個非常好用的學習/調試工具。第一步先使用這個工程進行仿真，這樣便于理解GTX的具體操作，并與實際結果做對比。

這里強調一下，并不是針對GTX的，對于任何FPGA的設計，都推薦盡量進行充分的仿真。

第二步，直接使用GTX的example design作為工程，抓一下rx fsm reset done和rx status狀態(tài)機。如果有條件，可以使用8b10b在真實環(huán)境中進行測試。

說明一下8b10b的作用。8b10b在這里的作用是用于查看是否有8b10b的錯誤，如果出現(xiàn)8b10b的錯誤則表明有很高的概率是硬件有問題，可以重點查看PCB走線質量、時鐘/電源等地方。如果沒有使用8b10b的環(huán)境（連測試環(huán)境都無法使用8b10b），那么問題會棘手一些。

rx fsm reset done是接收端任務完成的標記，通常這個信號拉高表示接收端沒有問題，通常就代表GTX可以正常工作。如果無法穩(wěn)定拉高，則查看rx status的變化，看看是哪一步（或者哪幾步）導致無法拉高rx fsm reset done。

至于這兩個信號的出處。example design中提供了一個復位狀態(tài)機。默認是不包含在IP Core中，放在example design中。最終的設計，建議使用example design作為一個整體，而不是只使用IP Core。

第三步，使用ibert工具測試一下誤碼率，并查看一下眼圖。

如果example design能夠正常工作了，那么除非GTX IP設置有問題，通常來說，GTX最基本的應用是沒問題的，很大可能是GT的上層控制有問題。如果example design測試有問題，rx fsm reset done信號無法拉高，并有8b10b錯誤，下一步用ibert檢查一下硬件電路是必要的。

在對端可以發(fā)送prbs的條件下（比如對端FPGA上運行的也是ibert），ibert可以測試誤碼率。通過誤碼率來查看一下鏈路質量是否有問題。

無論誤碼率測試是否可以進行，ibert都可以對接收端進行眼圖的掃描。通過查看眼圖的大小，可以初步判斷鏈路的質量。

ibert是Xilinx針對FPGA的高速收發(fā)器提供的測試工具。通常在PCB完成之后就可以先用ibert對高速收發(fā)器的鏈路質量進行測試。另外，如果需要進行高低溫測試，直接使用ibert也是一個不錯的選擇。

第四步，有條件的情況下進行外部環(huán)回測試。

FPGA使用高速收發(fā)器的時候，一個常見的場景就是使用外部線纜，比如光模塊/光纖，或者同軸電纜等。這個時候是條件進行外部環(huán)回測試的。將example design進行外部環(huán)回測試，及同一個GTX的TX發(fā)出信號通過外部線纜返回到自己的RX端。如果這個測試結果是穩(wěn)定的，表明GTX是可以正常工作的。

另外還有很多情況是無法進行外部環(huán)回測試的，比如收發(fā)器走線是固定在PCB上的，例如PCIE。這種情況下，如果是兩個Xilinx的FPGA對接，可以考慮利用FPGA內部的遠端環(huán)回進行測試。具體原理是待測GTX的TX發(fā)送數(shù)據，送往輔助的FPGA的GTX，輔助GTX從RX收到數(shù)據后直接送給TX發(fā)送出去，待測GTX的RX端接收到輔助GTX TX端發(fā)來的數(shù)據，完成環(huán)回。相當于利用輔助GTX來實現(xiàn)一個外部環(huán)回。需要注意的是，遠端環(huán)回的使用是由條件限制的，具體請參考7系列GTX/GTH的手冊UG476。

外部環(huán)回測試，如果example design的結果不理想，可以用ibert再進行一次測試，有條件的情況下誤碼率和眼圖都查看一下?？梢宰鳛閷Ρ确治龅臄?shù)據。

第五步，在有條件的情況下，使用高速示波器，查看FPGA GTX RX接收端PIN上的眼圖。

這一步的條件限制最大。高速示波器的價格昂貴，而且使用復雜。同時由于FPGA多為BGA封裝，GTX的RX PIN很可能無法使用示波器探頭進行測試。所以很多用戶是沒有辦法進行這一步的測試的。

至于GT內部的2D eye scan眼圖的使用，理論上是可以用來幫助調試的。但是實際上，當用戶會使用2D eye scan的時候，通常也就不需要本文的一個初步調試的建議。所以本文針對的是初級用戶，相對高級/復雜的2D eye scan在這里不做介紹。

下面更進一步分析一下第二到第五步的具體作用。

第二步的rx fsm reset done信號可以作為GTX正常工作的指示信號。如果example design在最終的使用/測試場景中可以穩(wěn)定工作，該信號穩(wěn)定為高，可以表示設計幾乎沒有問題。如果用戶自己的設計出現(xiàn)問題，大概率是GTX代碼集成時的問題，比如沒有正確使用example design，或者，問題不來自GTX模塊。另外，如果配置有不合適的地方，可以參考仿真，并參考第四步的測試。

這里要注意一下，example design中用自帶數(shù)據源和接收數(shù)據進行比較驗證，來判斷數(shù)據是否正確。如果用戶使用自己的數(shù)據源，可能會導致數(shù)據驗證模塊一直輸出出錯，從而導致rx復位狀態(tài)機持續(xù)被復位。

這個問題可以通過查看rx status來判斷。另外其他的可能性也都會反映在rx status信號的變化中。所以rx status是個很重要的調試信號。

至于8b10b，最大的優(yōu)勢就是自帶錯誤檢查。如果出現(xiàn)8b10b的錯誤，則很大概率是鏈路有問題。

在第二步的基礎上用ibert進行測試，原因是除了可以測試誤碼率和眼圖之外（其實這兩個功能自己設計邏輯也可以實現(xiàn)），ibert將GTX的所有參數(shù)都拉了出來，可以進行任意的配置。如果第一步的發(fā)現(xiàn)是懷疑硬件鏈路有問題，利用ibert檢查一下鏈路是個不錯的方法，并且可以通過調整部分GTX的參數(shù)來嘗試降低誤碼率，擴大眼圖。另外，眼圖的大小也是有參考意義的。

這里需要注意一下，ibert和GTX example design是完全不一樣的設計。ibert只是為了便于測試，GTX的很多參數(shù)值與實際使用中的值不一樣。所以相比ibert，GTX example design更接近最后實現(xiàn)的結果。
當說到大概率是硬件鏈路的問題時候，這個結論對調試可能沒什么幫助。所以這個時候需要進行環(huán)回測試。如果可以進行外部環(huán)回測試，發(fā)現(xiàn)環(huán)回測試正常，那么可能是某一端的端接部分有問題，或者兩邊GTX參考時鐘頻偏比較大。如果外部環(huán)回測試無法正常通過檢查，那么可以打開GTX的近端PMA環(huán)回進行測試（不要用近端PCS環(huán)回進行測試）。如果近端PMA環(huán)回測試正常，可以認為是外部鏈路質量有問題（比如光模塊/光纖有問題），如果近端PMA環(huán)回測試不正常，大概率是時鐘/電源有問題。

環(huán)回測試可以做兩次，一次用GTX example design，一次用ibert，來對比結果。類似光纖有問題這樣的原因兩次測試都能得出一樣的結果。如果結果符合預期，那么就離真正的問題原因更進一步了。

眼圖的測量是判斷鏈路質量的最終依據。通過使用外部示波器和ibert來測量眼圖，具體數(shù)據可以交給FAE，可以得知是否符合GTX的要求（原廠應該有相關數(shù)據，但是似乎沒有開放給普通用戶查看）。

示波器和ibert測試的眼圖，是不一樣的。通常用示波器，測量FPGA GTX RX pin腳出的眼圖，稱之為遠端眼圖。用ibert測量出來的原圖，稱之為近端眼圖。

遠近端眼圖是按信號是否經過RX PMA來區(qū)分的。遠端眼圖是沒有經過RX PMA的信號，近端眼圖是通過RX PMA的信號。

出自UG476

RX PMA的對接收到的信號有一定的處理功能（上圖中RX EQ、DFE）。處理后的信號質量會變好。所以通常經過RX PMA的信號會比Pin腳處更好，導致近端眼圖好于遠端眼圖。

具體的調試步驟，雖然總結成5個步驟，但是如果不熟悉，實現(xiàn)起來還是很麻煩的。不過由于GTX的問題通常都比較難以定位，所以這些測試一方面有很多參考價值，另一方面也加強了對GTX的理解。在研發(fā)過程中，提前進行相關的測試，可以排查很多問題，便于項目的按計劃進行。