FPGA之JESD204B接口——总体概要尾片

在上一篇博客中《JESD204B(1)——总体概要》，我们框架性的介绍了JESD204B，这篇博客介绍协议所需要关注的一些参数，这些参数基本就是决定了连接特性。理解这些参数，有助于理解连接中的转换特性、路径数（lane count）、速率以及接收能力。

本篇博客主要是翻译自文献《Understanding JESD204B Link Parameters》，在加上一些自己的总结和补充。

1. 参数

首先，有关连接的主要参数如下表所示：

参数	含义
M	每个器件的转换数（理解为每个AD或者DA的转换通道数）
N	转换分辨率（即AD采样位数）
N'	所需半字节总的位数，即所需nibble数乘以4，也可称为协议的字长（word size）
S	每一帧所传输的采样数
L	数据传输的通道（lane）数量
F	每一帧的字节数（octets）
K	多帧情况下的帧数

举一个简单的例子，假设一个4通道的AD芯片，分辨率是14位，则M=4，N=14。在JESD204B的标准中要求，采样的一个数据必须要分解成半字节（nibble，4bit），那么14位的AD数据，能分解成3个nibble，还余下2位。那么余下的这2位，要与控制位（CS）或尾位（T）组成一个新的nibble。所以14位采样率的AD，需要4个nibble，那么N'=16，组帧结构如下图所示，发送时先发送高位，再发送低位。同理，如果12位的AD，只需要3个nibble，不需要控制位或尾位在补充，则N'=12。所以可以得知$N'=N+CS+T$。

以nibble为基本传输单元的设计有什么好处呢？如果将发送和接收端的N'均设置为16，那么可以实现8bit到16bit之间的转换器的通信。另外，这允许同一个发送和接收端实现多个转换器，简化了系统设计。（这一点没有很好理解）

S表示每一帧传输的采样数，S必须是整数，以防止数据的串扰。一般而言S=1，即每一帧传输1个采样数据，这样设计还有一个好书就是使得帧时钟（frame clock，FC）与采样时钟（sample clock）同频。

L表示数据传输的通道数量，要想知道传输所需的通道数量，必须先还要知道通信速率。通信速率由收发两端各自接收/发送数据的驱动能力有关。通道速率的计算公式如下式所示：

$$Lane Rate = (M × S × N' × 10/8 × FC)/L$$

其中10/8是一个系数，表示数据8B/10B编码之后会增加2位。以一个4通道，500MSPS采样率，14位的AD为例，可以知道N’=16，S=1。假设器件支持的JESD204B协议的速率为12.5Gb/s，那么可以求得L=4的时候，速率为10Gb/s，这样才不会超过速率的最大限制。

F表示每一帧的字节数（octets），计算公式如下：

$$F=(M×S×N')/(8×L)$$

同样以上面AD为例，可以计算得出F=2，即每一帧传输中有2个字节的数据。

2. 组帧传输

上面介绍了连接所需参数，这节说明参数是如何体现在组帧和传输上面的。

通过上面的例子知道，此时JESD204B协议的一个字长是16，即4个nibble或2个通信字节。那么这2个字节是如何进行组帧并传输的呢？首先一帧数据在发送之前，先要经过8B/10B编码，一个字节的数据经过一定的编码规则转换成10位的数据，如下图所示。

例子中的AD有4个采样通道，每一个通道的数据经过上图编码之后进入各自的传输通道，即4条通道（lanes），并且数据经过转换后都是对齐出现在各自的通道上。如下图所示显示了4个转换器器在4个传输通道上的映射关系。每一个采样经过8B/10B编码之后形成wor0和word1组成一帧数据在线路上进行串行传输。

同理，如果上述AD的其他参数不变，唯独传输通道增加1倍，即8条lanes，意味着同一时刻可以传输2个采样数据（word0和word1、word2和word3），如下图所示。因为总的数据吞吐量不变，则意味着通信速率降低了一倍，从10Gb/s降为5Gb/s。在JESD204A协议中并不支持一个转换器通过两路通道传输数据的方式，直到204B才增加了这种方式的支持。总的来说速率和传输通道数的关系是，要保持低速率，则需增加通道数。

结合组帧的情况，再补充一个参数K，表示多帧模式下，一包数据中有多少帧，取值范围是1-32。

3. 举例

为了更加形象的说明组帧和传输形式，TI有一份文档中给出了一些非常好的示意图。

如图所示，为一个8通道采样，11位的AD，拥有4条传输通道，即M=8，N=11，L=4。根据上面的说明，N'=13（此处TI的定义和ADI的略有不同，ADI的定义下N'=16，但不影响理解），补充了2个控制位和3个尾位。要是同一帧的传输下，4条通道装下8个转换器的一个数据，需要设置F=4，即4个字节，每2个转换器共用一个传输通道，各自传输2个字节的数据。这张图一目了然的展示了连接参数对组帧方式的作用。

同一种AD芯片可能因为不同的参数设置而组成不同形式的传输帧。下图TI给出芯片ADS42JB49的不同参数设置。

参考文献

《Understanding JESD204B Link Parameter》
《JESD204B Overview》_TI