Aurora协议的高速传输系统的研究与FPGA实现

随着5G技术的发展,对信号的带宽以及传输速率都有较高的要求,同时对高速率数据解析处理和传输使得对信号的测试难度变得越来越有挑战性,目前Aurora协议作为最常用的一种高速传输协议,被广泛应用。本研究主要基于Xilinx公司的ku060系列芯片,使用FPGA内部自带的Aurora协议的IP核进行设计实现,为了满足Aurora协议的数据传输,本设计使用了数据转换模块,对传输过来的数据进行处理,以达到Aurora协议数据传输的要求。

Aurora协议的高速光纤存储系统优化设计

针对高速光纤数据存储过程中出现的Aurora协议断链和丢数问题,本文在以Kintex 7 FPGA为控制核心的存储系统上对Aurora协议进行优化。通过对Aurora链路连接状态标志位进行实时监测,增加链路断链重连和重传机制,实现了链路断链情况下的再恢复和重传。多次测试证明,优化后的系统可实现高速率、高可靠性的光纤数据存储,该优化设计对于提高Aurora链路可靠性和恢复断链方面具有一定的参考价值。

基于Aurora协议的光传输方案验证

以某宽带数字接收机中数据传输方案设计为背景,采用Aurora协议与光纤传输相结合的传输方法弥补了传统光传输方案可扩展性差的特点。通过设计测试程序对该方法的可行性予以验证,并通过实验对协议中所调用高速串口硬核的参数进行合理设置,验证结果表明该方法在传输带宽、线路误码率以及通道传输时延等方面能够达到预先设计指标,为后续工程中的应用奠定了基础。

基于Aurora协议光纤实时信号传输性能测试

作为中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)谱仪之一的通用粉末衍射仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)采用二维位置灵敏探测器(Symptom Scale of Neurotransmitter Deficiency,SSND)探测中子入射位置和时间信息,并由后端电子学进行信号处理。中子信息以打靶时刻T0为时间参考点,电子学系统控制电路需要将接收到的T0信号低延迟、低抖动实时地传给下级电路。本文介绍了一种基于Spartan6系列FPGA的控制电路,采用Aurora协议通过光纤实时传输T0信号方案,并验证了此方案的可行性。

Aurora协议在红外告警系统中的应用

介绍红外告警系统的系统结构及实现过程。介绍了其通信传输方案,重点介绍了基于Aurora协议的通信过程。实验结果表明该方案稳定高效,可实现红外数据的实时传输,满足系统需求。

Aurora协议在高速数据采集系统中的应用

针对海量数据采集应用需求,设计了基于两片FPGA的高速数据采集方案,基于Aurora协议和Rocket I/O实现了两片FPGA间的数据可靠、高速、实时传输,并对系统性能进行测试验证。测试表明:两片FPGA间数据传输正确,数据流同步时钟225MHz,传输位宽256bit,呑吐率达57.6Gbps;系统实现了16路信号的实时采集,单路呑吐率可达14.4 Gbps。

一种基于Aurora协议光纤的FPGA远程更新方法

FPGA在光电系统中应用广泛,复杂的光电系统中可能集成了多个FPGA信号处理系统,整体状态下各子系统FPGA一般不具备在线JTAG更新程序的条件。提出一种基于Aurora协议光纤的FPGA远程更新方法,对FPGA烧录文件进行数据分包,光纤传输中增加握手和重发机制,数据包通过光纤接口发送给FPGA,FPGA对每一包数据校验无误后缓存至DDR中。当DDR接收完整包数据后,SOC系统通过Microblaze软核将DDR中的数据写入FLASH对应地址中,实现了FPGA程序的远程更新。经实验测试,光纤模块带宽可稳定工作在10 Gbps,8.52 MB的FPGA烧录文件的远程更新时间为117 s。该方法解决了长距离、复杂系统的FPGA远程更新问题,有效提高了远程更新效率,降低了数据传输误码率。

Flash片内数据的高速回读系统设计

针对导弹飞行后数据记录装置的部分接口受损而无法顺利回读飞行数据的问题,研发了可以高速回读存储芯片片内数据的Flash读写设备,在FPGA内置的LVDS收发器基础上利用Aurora协议设计了每通道速率可达1.5625 Gb/s的高速并行收发链路,以及在串/并转换的基础上设计了传输速度较慢的备用串行读数链路。系统实现了高速读数接口和备用读数接口皆可顺利将Flash芯片片内的数据无丢帧地回读传输至测试台进行评估、分析、利用,具有硬件设计简单、回读数据方便快捷的特点。

基于Aurora及CameraLink的高速数字图像传输

以光纤为载体,采用Aurora协议,接收远端的高速红外视频图像数据,并对接收数据进行解码、转换为Camera Link接口规范的信号格式,实现高帧频、高分辨率的图像数据的接收、解码和重编码,完成视频图像的传输、采集与显示。并用IBERT对光纤通讯通道进行测试,误码率达到10-12以下,完全满足系统的需求。

卫星图像数据高速传输与处理系统的设计与验证

传统星上系统开发与研制通常是基于特定的专用宇航器件,这使得其开发周期长且可移植性较差。针对该问题,提出了一种基于Xilinx ZYNQ UltraScale+平台的ARM+可编程逻辑的解决方案。该方案用Vivado配置FPGA硬件架构,采用SDK(Software Development Kit)配置ARM实现两者数据交互。在整个系统设计中,通过集成在芯片内部的高速串行收发器和Aurora协议作为载体进行高速片间传输;采用自定义帧协议保证传输可靠性及安全性;采用AXI-Stream接口使其具有各类算法即插即用的灵活性;最后为验证本系统可以支持各类算法进行星上实时图像处理,通过在逻辑侧添加Sobel边缘检测算法进行验证。测试结果表明该系统图像数据传输无误码,星上串行高速传输速率较高,系统总体传输延时较低,且系统具有较强的算法通用性。

基于SerialLite2协议数据传输方案验证

采用SerialLite2协议与光纤传输相结合的方法对高速数据传输方案进行验证。通过实验完成该协议对三种不同类型数据的传输验证,验证结果表明该方法在传输带宽、线路误码率以及通道传输时延等方面能够达到预先设计指标,最后与Aurora协议进行比较,为其在后续工程中的应用奠定基础。

基于Aurora的MAC层帧结构的设计与实现

提出了一种在特定链路误比特率下媒体访问控制(MAC)层帧结构的设计和实现方法。在MAC帧的设计过程中,通过Matlab仿真确定了帧长度,并对MAC帧中的各字段进行了分析;而MAC帧的具体实现是以Xilinx公司的FPGA芯片XC5VFX70T为基础,结合Xilinx Aurora链路层协议来完成的,并使用在线逻辑分析仪Chipscope对FPGA内部信号进行观测和验证。

K7-GTX与VU9P-GTY高速数据远距离通信应用

在现代高速数据通信领域,数据量快速增长,对通信速率需求越来越高,高速串行收发器GTX/GTH/GTY成为高速通信领域中非常重要的解决方案。文中对不同系列高速串行接口进行远距离高速数据通信与验证,采用Kintex-7 GTX与Virtex UltraScale+系列的VU9P GTY接口进行非板间接口测试,高速接口间通过1 m长的定制高速线缆连接,通过配置Aurora64B/66B协议IP核设计收发双向数据通信程序,实现了单通道10 Gbit/s的通信速率,并确保数据收发正确。通过IBERT的远端回环实验进行眼图测试和误码率测试,通过ILA测试接收到的有效数据传输无误码,并且系统稳定可靠,满足实际使用需求。

多通道遥感图像光纤高速传输系统

遥感相机一般使用TLK2711接口输出图像数据,地面测试设备不能直接对其采集存储。文中设计了一种多通道遥感图像高速光纤传输系统,可对相机输出的TLK2711图像数据进行采集与缓存,并通过光纤接口传输给存储设备。实现了遥感相机与地面存储设备之间的高速图像数据通信,解决了现有地检存储设备不能直接进行数据通信的问题。系统设计了多通道TLK2711图像采集模块,多路图像数据分时复用处理模块,基于Aurora64B/66B传输协议光纤传输模块等,使相机图像数据稳定可靠地传给地面存储。经过实验测试,系统图像数据采集准确,数据传输无误码。系统效率高,稳定可靠,满足实际使用需求。

高速数据采集与光纤传输系统的设计与实现

针对航天、雷达、通信等领域的高速数据采集与传输系统中存在采样率低、传输速率不足的问题,设计了一种高速数据采集与光纤传输系统。系统以FPGA为主控芯片,利用8路AD9226采集电路实现高速数据采集,通过基于Aurora协议的两条高速光纤传输链路达到高速数据传输需求,并设计了边沿触发、门控触发以及手动触发,以满足不同应用场合的触发需求。经过大量实验表明,该系统稳定性高、可靠性强、适用范围广,最高采样率为60 MHz,传输速率可达7.68 Gb/s。该系统已成功应用于某型高速数据记录仪中。

基于FPGA的高速串行传输接口的设计与实现

串行传输技术具有更高的传输速率和更低的设计成本,已成为业界首选,被广泛应用于高速通信领域。提出了一种新的高速串行传输接口的设计方案,改进了Aurora协议数据帧格式定义的弊端,并采用高速串行收发器Rocket I/O,实现数据率为2.5 Gbps的高速串行传输。

基于PCI Express总线的高速光纤接口卡的设计与实现

针对高速数据采集和远程传输的需求,提出了一种基于PCI Express总线的高速光纤接口卡的设计方案和功能实现。该接口卡基于单片Virtex-5 FPGA,采用PCI Express总线架构,以LocalL-ink做为内部链路,并利用Aurora协议实现远距离光纤传输。通过采用DMA的数据传输方式,接口卡的传输速率达到了700 Mb/s。

Virtex5 FPGA GTP_DUAL硬核两个收发器独立使用的实现

在Xilinx的Virtex5系列FPGA中,基于高速串行通信技术的GTP_DUAL硬核包含了两个收发器,而Xilinx提供的Aurora IP软核代码如果只例化一个通道,将占用整个硬核资源,造成另外一个通道不能再被使用,致使FPGA资源利用率降低。通过对Aurora IP软核代码分析,在GTP封装代码中对未使用的通道添加和修改相应信号,并追加时钟模块、发送模块和接收模块等,实现了一个GTP_DUAL中两个收发器的独立使用,从而提高了FPGA资源利用率,降低了开发成本。该方案已在某重大军工项目中得到了应用。

基于FPGA的JESD204B-光纤传输接口转换器设计

针对目前JESD204B接口转换器在高速数据采集传输系统中逐渐普及,但接口IP尚未开源且接口信号与数据分析存储设备无法对接的现状,设计了JESD204B-光纤传输接口转换器。转换器以FPGA为逻辑控制核心,自主设计了JESD204B信号的接口逻辑,并利用SFP光模块与Aurora协议完成光纤接口传输,通过DDR3 SDRAM进行数据缓存交互。最后对JESD204B链路的建立与整体转换器系统的数据传输进行了测试,验证了所设计的JESD204B接口可成功与外部采集卡建立链路,整体数据能够实现10 Gbps的传输速率,且数据传输稳定无误。

基于FPGA的SFP级联视频传输系统设计

系统数据传输速度很大程度上影响着大型显示屏的视频显示效果。为了有效增加系统数据传输量,提高系统资源利用率,设计了一种基于Aurora协议,通过光纤通信实时传输视频数据的系统,该系统由SFP光模块与Xilinx公司Spartan6系列现场可编程门阵列(FPGA)芯片配合使用,利用AuroraIP核实现高速串行通信。进一步提出通过修改IP核代码,充分利用同一收发器中的2条通道,使SFP光模块2个端口单独工作的方法,从而达到SFP光模块级联的效果。最终通过电路板实物实时观测系统远距离传输上位机视频数据的效果,实验结果证明了系统数据传输的可行性与稳定性。