Cyclone V开发板试用笔记一

    Cyclone v的板子拿到有一段时间了，现在才把心得拿出来与大家分享，实在是觉得于心有愧，对不起大家了。

我拿到开发板，想做的有两类的实验，一个是跟DDR硬核有，另一则是跟收发器有关。

当初拿到开发板之后，就跑了关于SDI自发自收的loopback例程。例程是开发板套件里自带的，我是直接拿来用，没有做任何的修改。

工程是用nios来搭建的，ip直接在qsys里拿来用，跟之前用sopc builder的思路是一样的，只是你得去熟悉qsys的操作方式。Nios里可用的ip很多，相对简单（你不用去关底层的信号，除非是挂在自己的ip），但是也是最没效率（资源利用的效率）。

具体的过程就免了，qsys的使用、约束文件、引脚分配等这些就自己google吧，如果你遇到其它问题可以提问。

工程中涉及到的一些概念的确花了我不少时间，知道了原理之后又发现其实很简单，以下内容对你看懂工程里面关于发送PRBS signals的代码很有帮组（个人觉得而已）！

这里例子里面的涉及到一个PRBS signals的概念，它是串行收发器常用检测误码率的方法。

首先，串行总线的物理层测试通常分为发射机测试和接收机测试，又称为TX测试和RX测试。发射机测试通常包括眼图、抖动、信号波形、幅度、上升下降时间等测试项目

接收机测试通常包括误码率、抖动容限、接收机灵敏度等测试项目。

对于眼图测试、误码率和抖动容限测试，最常用的测试码是伪随机码（Pseudo Random Binary Sequence，简称PRBS），主要有PRBS7、PRBS15、PRBS23和PRBS31。

PRBS7

PRBS7是目前10Gbps以下的串行总线中最常用的测试码型。常用的PRBS7的多项式为X7+X6+1，码长为127个比特，在ITU-TV.29规范中规定。PRBS7属于短伪随机码型，与8b10bNRZ编码的数据流很相似，所以，在PCIe、SATA、XAUI、1000BASE-LX、FC、SAS等采用8b10b编码的串行总线中，PRBS7是最常用的测试码型，支持这些总线的芯片通常都可以输出PRBS7测试码型，用于眼图、抖动或误码率测量。 

图表 1  PRBS7码型发生器原理

PRBS7的码流中最长的连1为7个，最长的连0为6个；而8b10b编码中最长的连1为5，最长的连0也是5；因此，相比8b10b编码，PRBS7可以产生的较低频率的码型。使用PRBS7作为驱动源，在同一信道（比如背板上20英寸长走线）上传输到接收端后得到眼图和抖动，都比8b10b编码的作为驱动源时的结果稍差些。这样，PRBS7作为8b10b编码的串行总线的测试码型，留出了一定的设计余量

PRBS的实现方法

PRBS是伪随机码流，在其码流中包括了所有可能出现的比特组合，而且其出现的概率是相同的。PRBS信号是由PRBS码型发生器生成的。PRBS发生器通常是由线性反馈移位寄存器（Linear Feedback Shift Register，简称LFSR）和异或电路组成。

图表 2  PRBS3码型发生器原理

上图所示为最简单的PRBS3的码型发生器，其多项式为X3+X2+1，即寄存器的第3位与第2位做异或（XOR）的逻辑运算后返回到寄存器的第1位，寄存器的第3位X3同时也是PRBS3发生器的输出。

图表 3

图表 3中显示了PRBS3的n个周期的时钟后输出n个比特的码流。X1/X2/X3分别是3个比特移位寄存器的低位到高位，输出位是X3，初始状态为X1/X2/X3=1/1/1，如表格第1行所示。

第1个时钟沿到达后，X3与X2异或后等于0，输入到X1，同时X1和X2前移到X2和X3，所以X1/X2/X3=0/1/1，如表格第2行所示； 　　

第2个时钟沿到达后，X3与X2异或后等于0，输入到X1，同时X1和X2前移到X2和X3，所以X1/X2/X3=0/0/1，如表格第3行所示； 　　

第3个时钟沿到达后，X3与X2异或后等于1，输入到X1，同时X1和X2前移到X2和X3，所以X1/X2/X3=1/0/0，如表格第4行所示； 　　

…… 　　

以此类推，第5行为0/1/0，第6行为1/0/1，第7行为1/1/0，第8行为1/1/1，与初始状态相同，接下来的第9行和第10行与第2行和第3行完全相同，也就是说PRBS3的码型输出7个比特后开始重复。X3是PRBS3的输出位，所以PRBS3输出的码型为1110010，码长为7，如图表 4所示，每7个比特后开始重复输出同型。在PRBS3中包括了11100属于码流中频率最低的码型，010是频率最高的码型。

图表 4

为何PRBSN的码长为2^N-1

在PRBS3的3位寄存器可以产生2的3次方合计8个排列组合。采用XOR异或电路的PRBS发生器在3个比特都是0的时候，下一个时钟到来的时候，第3个比特和第2个比特异或后还是0，输入到寄存器的第一位还是0，同时第1个和第2个比特前移到第2个和第3个比特，这样，移位后寄存器的3个比特都是0，则PRBS发生器的输出一直都是0，被锁住。所以PRBS3码流中不能出现3个全0的比特，这样，PRBS3的组合方式为2^3-1=7共7种，码长位7个比特。同理，PRBS7的码长为2^7-1=127个比特，PRBS15的码长为2^15-1=32767个比特。

图表 5几种常用PRBS的说明

图表 5

PRBS31的多项式为X31+X28+1，码长为2^31-1=2147,483,647个比特，属于长伪随机码型。码流中最长的连1为31个，最长的连0为30个，包含了相当多的低频成分而这正是SONET/SDH系统测试规范中所要求的，所以可用于像SONET/SDH信号那样包含了很多低频成分的物理层测量。