用LatticeXP FPGA 橋接吉比特媒體獨立接口

吉比特媒體獨立接口是一種以太網接口，簡稱GMII（Gigabit Media Independent Interface）。簡化的吉比特媒體獨立接口稱為RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface）。采用RGMII的目的是降低電路成本，使實現這種接口的器件的引腳數從22個減少到12個。本文主要介紹用萊迪思半導體公司的LatticeXP FPGA實現RGMII至GMII的雙向橋接功能，能在RGMII和GMII之間雙向傳送數據。

　　LatticeXP將低成本的FPGA結構和非易失、可無限重構的ispXP（eXpanded Programmability：拓展了的可編程性）技術結合起來，能實現瞬時上電和單芯片應用，還具備出色的安全性。LatticeXP提供了一種用于替代基于SRAM的FPGA和與之相關的引導存儲器的低成本選擇方案。由于新的LatticeXP器件采用了130納米閃存硅處理工藝、優化的器件結構和專有的電路設計，其芯片尺寸比萊迪思過去的非易失FPGA降低了80%以上。

　　LatticeXP器件采用ispXP技術，該技術將SRAM和非易失的閃存結合起來，使FPGA同時具備了非易失性和無限可重構性。非易失的可無限重構FPGA，連同其瞬時上電的操作性能和安全的單芯片解決方案，有了這樣一種FPGA，用戶就可以同時獲得SRAM的無限可重構性和非易失性的眾多優點。

　　LatticeXP FPGA器件結構的主要特點如下：

　　●?以易于綜合的工業標準四輸入查找表（LUT）邏輯塊為基礎結構。

　　●?只有25%的邏輯塊包含分布式內存，這一優化既滿足了大多數用戶對少量分布式內存的需求，又降低了成本。

　　●?由于器件擁有sysCLOCK鎖相環（PLL）和內嵌模塊RAM（EBR），用戶可將這些功能集成在FPGA中，無需采用離散元器件，進一步降低了成本。

?　　●?先進的sysI/O緩沖器支持LVCMOS、LVDS、LVTTL、PCI以及SSTL和HSTL等標準，便于輕松高效地連接業界最流行的總線標準。萊迪思精心選擇了這些標準，以最大程度地拓展應用范圍并減小芯片面積。

　　●?LatticeXP器件中有專門用來簡化DDR存儲器接口的電路，為這類FPGA提供高性能、一體化、信號完整性和易于設計的特性。

　　LatticeXP器件結構如圖1所示，器件的中間是邏輯塊陣列，器件的四周是可編程I/O單元（Program I/O Cell，簡稱PIC）。在邏輯塊的行之間分布著嵌入式RAM塊（sysMEM Embedded Block RAM，簡稱EBR）。

　　PFU陣列的左邊和右邊，有非易失存儲器塊。在配置模式，通過IEEE 1149.1口或sysCONFIG外部口對非易失存儲器塊編程。上電時，配置數據從非易失存儲器塊傳送至配置SRAM。采樣這種技術，就不再需要昂貴的外部配置存儲器，設計沒有未經許可的讀回風險。數據從配置數據經寬總線從非易失存儲器塊傳送至配置SRAM，這個過程只有數毫秒時間，提供了能容易地與許多應用接口的瞬時上電能力。

???????器件中有兩種邏輯塊：可編程功能單元（Programmable Function Unit，簡稱PFU）；無RAM的可編程功能單元（Programmable Function Unit without RAM，簡稱PFF）。PFU包含用于邏輯、算法、RAM/ROM和寄存器的積木塊。PFF包含用于邏輯、算法、ROM的積木塊。優化的PFU和PFF能夠靈活、有效地實現復雜設計。器件中每行為一種類型的積木塊，每三行PFF間隔就有一行PFU。

???????每個PIC塊含有兩個具有sysIO接口的PIO對。器件左邊和右邊的PIO對可配置成LVDS發送、接收對，sysMEM EBR是大的專用快速存儲器塊，可用于配置成RAM或ROM。PFU、PFF、PIC和EBR塊以行和列的形式分布呈二維網格狀，如圖1所示。這些塊與水平的和垂直的布線資源相連。軟件的布局、布線功能會自動地分配這些布線資源。系統時鐘鎖相環（PLL）在含有系統存儲器塊行的末端，這些PLL具有倍頻、分頻和相移功能，用于管理時鐘的相位關系。每個LatticeXP器件提供多達4個PLL。該系列中每個器件都帶有內部邏輯分析儀（ispTRACY）的JTAG口。系統配置端口允許串行或者并行器件配置。LatticeXP器件能工作于3.3V、2.5V、1.8V和1.2V的電壓，易于集成至整個系統。

橋接吉比特媒體獨立接口

　　這個設計的主要功能為：

　　●??????? GMII至RGMII的數據橋接

　　●??????? RGMII至GMII的數據橋接

　　●??????? LatticeXP工作頻率>125MHz

　　●??????? 采用LatticeXP中的HSTL I/O

　　RGMII至GMII的橋接以雙倍數據率（DDR）傳送數據。雙倍數據率允許在時鐘的上升沿和下降沿傳送數據，因此使數據吞吐量增加了一倍。LatticeXP FPGA的每個PIO都有I/O移位寄存器，對它們編程使得在時鐘的兩個邊沿傳送數據。使實現這種接口的器件的引腳數從22個減少到12個。電路的框圖如圖2所示。RGMII器件和GMII器件在LatticeXP器件的兩邊。

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　　圖中tx_clk為發送時鐘。txd[7:0]從GMII器件傳送數據。td[3:0]傳送數據至RGMII器件，傳送3:0在發送時鐘txclk的上升沿。傳送7:4在發送時鐘txclk的下降沿。tx_ctl是控制信號，用于傳送其它的Tx信號到RGMII。tx_en傳送使能信號，高電平有效。tx_er傳送數據出錯信號，。rx_clk為接收時鐘。rd[3:0]為來自RGMII器件的接收數據輸入端，位3:0在接收時鐘rx_clk的上升沿，位7:4在接收時鐘rx_clk的下降沿。rxd[7:0]接收數據輸出至GMII器件。rx_dv是接收數據使能信號，高電平有效。rx_er接收數據出錯信號，高電平有效。傳送數據和接收數據的時序波形分別如圖3和圖4所示。

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　　數據和控制信息的復用是利用了時鐘信號的兩個邊沿，在時鐘信號的上升沿發送低4位，在時鐘信號的下降沿發送高4位。正是采用LatticeXP FPGA的特性，能夠以 雙倍數據率傳送數據，實現RGMII與GMII的橋接功能。