FタイルのアーキテクチャーとPMAおよびFEC Direct PHY IPのユーザーガイド

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ID 683872
日付 1/24/2024
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. Fタイルの概要 2. Fタイルのアーキテクチャー 3. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPの実装 4. F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IPの実装 5. FタイルPMA/FEC Direct PHYデザインの実装 6. サポートされるツール 7. Fタイル・トランシーバー・リンクのデバッグ 8. FタイルのアーキテクチャーとPMAおよびFEC Direct PHY IPのユーザーガイド・アーカイブ 9. FタイルのアーキテクチャーとPMAおよびFEC Direct PHY IPのユーザーガイド改訂履歴 A. 付録
2. Fタイルのアーキテクチャー x
2.1. Fタイルのビルディング・ブロック 2.2. Fタイルの配置規則 2.3. PMAのアーキテクチャー 2.4. クロックのアーキテクチャー
2.1. Fタイルのビルディング・ブロック x
2.1.1. FHT PMAとFGT PMA 2.1.2. 400GハードIPおよび200GハードIP 2.1.3. PMAのデータレート 2.1.4. FECのアーキテクチャー 2.1.5. PCIe* ハードIP 2.1.6. ボンディング・アーキテクチャー 2.1.7. デスキューロジック 2.1.8. 組み込みマルチダイ相互接続ブリッジ (EMIB) 2.1.9. イーサネット向けIEEE 1588高精度時間プロトコル 2.1.10. クロック・ネットワーク 2.1.11. リコンフィグレーション・インターフェイス
2.2. Fタイルの配置規則 x
2.2.1. PMAとフラクチャー間のマッピング 2.2.2. PMAとマッピングするフラクチャーの決定 2.2.3. ハードIPの配置規則 2.2.4. IEEE 1588高精度時間プロトコルの配置規則 2.2.5. トポロジー 2.2.6. FECの配置規則 2.2.7. クロックの規則と制約 2.2.8. ボンディングの配置規則 2.2.9. 未使用 PMA レーンの保持 完全に未使用の F タイルの未使用 PMA レーン 部分的に使用されている F タイルの未使用 PMA レーン
2.2.1. PMAとフラクチャー間のマッピング x
2.2.1.1. FHT PMAと400GハードIPフラクチャーのマッピング 2.2.1.2. FGT PMAと400GハードIPフラクチャーのマッピング 2.2.1.3. FGT PMAと200GハードIPフラクチャーのマッピング
2.2.2. PMAとマッピングするフラクチャーの決定 x
2.2.2.1. 400GハードIPとFHTを使用している1つの200GbE-4インターフェイスの実装 2.2.2.2. 400GハードIPとFHTを使用している1つの200GbE-2インターフェイスの実装 2.2.2.3. 400GハードIPとFHTを使用している1つの100GbE-1インターフェイスの実装 2.2.2.4. 400GハードIPとFGTを使用している1つの100GbE-4インターフェイスの実装 2.2.2.5. 200GハードIPとFGTを使用している1つの10GbE-1インターフェイスの実装 2.2.2.6. 400GハードIPとFHTを使用している3つの25GbE-1インターフェイスの実装 2.2.2.7. 400GハードIPとFHTを使用している1つの50GbE-1インターフェイスと2つの25GbE-1インターフェイスの実装 2.2.2.8. 400GハードIPとFHTを使用している1つの100GbE-1インターフェイスと2つの25GbE-1インターフェイスの実装 2.2.2.9. 400GハードIPとFHTを使用している2つの100GbE-1インターフェイスと1つの25GbE-1インターフェイスの実装 2.2.2.10. 400GハードIPとFHTを使用している100GbE-1、100GbE-2、および50GbE-1インターフェイスの実装
2.2.5. トポロジー x
2.2.5.1. トポロジー5: 400GハードIP (FHT) + 200GハードIP (FGT) の場合の例 2.2.5.2. トポロジー6a: 混合トランシーバー・モードの400GハードIP例 2.2.5.3. トポロジー14: 1x PCIe x4 + 400GハードIP (FGT)、PTP使用 の場合の例
2.2.8. ボンディングの配置規則 x
2.2.8.1. 結合レーンのユースケース1 2.2.8.2. 結合レーンのユースケース2
2.3. PMAのアーキテクチャー x
2.3.1. FHT PMAのアーキテクチャー 2.3.2. FGT PMAのアーキテクチャー
2.3.1. FHT PMAのアーキテクチャー x
2.3.1.1. FHTトランスミッターPMAのアーキテクチャー 2.3.1.2. FHTレシーバーPMAのアーキテクチャー 2.3.1.3. FHT PMAのループバック・モード
2.3.1.1. FHTトランスミッターPMAのアーキテクチャー x
2.3.1.1.1. FHTトランスミッターのバッファーとフェーズ・ジェネレーター 2.3.1.1.2. FHTのシリアライザー 2.3.1.1.3. FHTのグレイコーダーとプリコーダー 2.3.1.1.4. FHTのデータ・パターン・ジェネレーターとベリファイアー
2.3.1.2. FHTレシーバーPMAのアーキテクチャー x
2.3.1.2.1. FHTレシーバーのバッファーとイコライザー 2.3.1.2.2. CDRブロック 2.3.1.2.3. FHTのデシリアライザー
2.3.2. FGT PMAのアーキテクチャー x
2.3.2.1. FGTトランスミッターPMAのアーキテクチャー 2.3.2.2. FGTレシーバーPMAのアーキテクチャー 2.3.2.3. FGT PMAのチューニング 2.3.2.4. FGT PMAのループバック・モード
2.3.2.1. FGTトランスミッターPMAのアーキテクチャー x
2.3.2.1.1. FGTトランスミッターのバッファーとフェーズ・ジェネレーター 2.3.2.1.2. FGTのシリアライザー 2.3.2.1.3. FGTのグレイコーダーとプリコーダー 2.3.2.1.4. FGTのデータ・パターン・ジェネレーターとベリファイアー
2.3.2.2. FGTレシーバーPMAのアーキテクチャー x
2.3.2.2.1. FGTレシーバーのバッファーとイコライザー 2.3.2.2.2. 制御ユニット 2.3.2.2.3. FGTのデシリアライザー
2.4. クロックのアーキテクチャー x
2.4.1. リファレンス・クロック・ネットワーク 2.4.2. データパスのクロック・ネットワーク 2.4.3. システムPLL 2.4.4. データパスのクロック拍
2.4.1. リファレンス・クロック・ネットワーク x
2.4.1.1. FHTのリファレンス・クロック・ネットワーク 2.4.1.2. FGTとシステムPLLのリファレンス・クロック・ネットワーク 2.4.1.3. FGT一次PLLのコンフィグレーション
2.4.1.2. FGTとシステムPLLのリファレンス・クロック・ネットワーク x
2.4.1.2.1. FGTリファレンス・クロック・レシーバーのアナログ・フロント・エンド
3. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPの実装 x
3.1. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPの概要 3.2. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPを使用するデザイン 3.3. IPのコンフィグレーション 3.4. 信号とポートのリファレンス 3.5. PMAおよびFECモードにおけるPHY TXおよびRXデータパスのビットマッピング 3.6. クロック 3.7. カスタム拍生成ポートとロジック 3.8. リセットのアサート 3.9. ボンディングの実装 3.10. 独立したポートのコンフィグレーション 3.11. コンフィグレーション・レジスター 3.12. コンフィグレーション可能な Quartus® Prime開発ソフトウェアの設定 3.13. ハードウェア・テストに向けたF-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPのコンフィグレーション 3.14. Avalon® メモリーマップド・インターフェイスを使用してのハードウェア・コンフィグレーション
3.1. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPの概要 x
3.1.1. PMA Directでサポートされるモード 3.1.2. FEC Directでサポートされるモード 3.1.3. サポートされないPMA/FECモード
3.2. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPを使用するデザイン x
3.2.1. IPのプリセット・パラメーターの設定
3.3. IPのコンフィグレーション x
3.3.1. データパスのオプション (全般と共通) 3.3.2. TXデータパスのオプション 3.3.3. RXデータパスのオプション 3.3.4. RS-FEC (リードソロモン前方誤り訂正) のオプション 3.3.5. Avalon® メモリーマップド・インターフェイスのオプション 3.3.6. レジスターマップのIP-XACTサポート 3.3.7. デザイン例の生成 3.3.8. アナログ・パラメーターのオプション
3.3.1. データパスのオプション (全般と共通) x
3.3.1.1. SATAモードにおけるFGT PMAのコンフィグレーション規則
3.3.2. TXデータパスのオプション x
3.3.2.1. TX PMAインターフェイスのパラメーター
3.3.3. RXデータパスのオプション x
3.3.3.1. RX FGT PMAインターフェイスのオプション
3.4. 信号とポートのリファレンス x
3.4.1. TXおよびRXのパラレルおよびシリアル・インターフェイス信号 3.4.2. TXおよびRXのリファレンス・クロックとクロック出力インターフェイス信号 3.4.3. リセット信号 3.4.4. RS-FECの信号 3.4.5. カスタム拍のコントロールおよびステータス信号 3.4.6. TX PMAのコントロール信号 3.4.7. RX PMAのステータス信号 3.4.8. TX/RXのPMAおよびコア・インターフェイスFIFOの信号 3.4.9. PMA Avalon® メモリーマップド・インターフェイスの信号 3.4.10. データパス Avalon® メモリーマップド・インターフェイスの信号
3.4.10. データパス Avalon® メモリーマップド・インターフェイスの信号 x
3.4.10.1. データパス・メモリーマップド Avalon® インターフェイスの数と各インターフェイスの追加アドレスビット
3.5. PMAおよびFECモードにおけるPHY TXおよびRXデータパスのビットマッピング x
3.5.1. パラレルデータのマッピング情報 3.5.2. さまざまなコンフィグレーションにおけるTXおよびRXのパラレル・データ・マッピング情報 3.5.3. TXパラレルデータ例: PMA幅 = 8、10、16、20、32 (X=1) 3.5.4. TXパラレルデータ例: PMA幅 = 64 (X=2) 3.5.5. TXパラレルデータ例: FEC Directモード、PMA幅 = 64 (X=2)
3.5.2. さまざまなコンフィグレーションにおけるTXおよびRXのパラレル・データ・マッピング情報 x
3.5.2.1. SATAプロトコルモードのさまざまなコンフィグレーションにおけるTXパラレル・データ・マッピング情報
3.6. クロック x
3.6.1. クロックポート 3.6.2. 推奨される tx/rx_coreclkin の接続と tx/rx_clkout2 のソース 3.6.3. tx/rx_coreclkin、tx/rx_clkout、tx/rx_clkout2 のポート幅と推奨接続 3.6.4. FGT PMAのフラクショナル・モード 3.6.5. FGT RX CDRクロック出力
3.6.5. FGT RX CDRクロック出力 x
3.6.5.1. FGT RX CDRクロック出力の動的なコンフィグレーション
3.7. カスタム拍生成ポートとロジック x
3.7.1. tx_cadence_slow_clk_locked ポートのイネーブル 3.7.2. レートマッチFIFO
3.8. リセットのアサート x
3.8.1. リセット信号の要件 3.8.2. パワー・オン・リセットの要件 3.8.3. リセット信号 - ブロックレベル 3.8.4. リセット信号 - 詳細 3.8.5. ステータス信号 - 詳細 3.8.6. ランタイムのリセットシーケンス - TX 3.8.7. ランタイムのリセットシーケンス - RX 3.8.8. ランタイムのリセットシーケンス - TX + RX 3.8.9. ランタイムのリセットシーケンス - TX (FEC使用)
3.8.8. ランタイムのリセットシーケンス - TX + RX x
3.8.8.1. ランタイムのリセットシーケンスに必要な時間の概算
3.11. コンフィグレーション・レジスター x
3.11.1. PMAおよびFEC Direct PHYソフトCSRのレジスターマップ 3.11.2. FHT PMAのレジスターマップ 3.11.3. FGT PMAのレジスターマップ 3.11.4. FECのレジスターマップ 3.11.5. レーンのオフセットアドレス 3.11.6. コンフィグレーション・レジスターへのアクセス
3.11.6. コンフィグレーション・レジスターへのアクセス x
3.11.6.1. PMAおよびFEC Direct PHYソフトCSRレジスターへのアクセス 3.11.6.2. FHT PMAレジスターへのアクセス 3.11.6.3. FGT PMAレジスターへのアクセス
3.12. コンフィグレーション可能な Quartus® Prime開発ソフトウェアの設定 x
3.12.1. FHT PMAの設定 3.12.2. FGT PMAの設定
3.13. ハードウェア・テストに向けたF-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPのコンフィグレーション x
3.13.1. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP内のデバッグ・エンドポイント・インターフェイスを使用 3.13.2. JTAG to Avalon® Master Bridge Intel FPGA IPを使用
3.13.1. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IP内のデバッグ・エンドポイント・インターフェイスを使用 x
3.13.1.1. デバッグ・エンドポイント Avalon® インターフェイスのRTL接続例
3.13.2. JTAG to Avalon® Master Bridge Intel FPGA IPを使用 x
3.13.2.1. JTAG to Avalon® Master Bridge Intel IP の RTL接続例
3.14. Avalon® メモリーマップド・インターフェイスを使用してのハードウェア・コンフィグレーション x
3.14.1. FHT PMA 3.14.2. FGT PMA
3.14.1. FHT PMA x
3.14.1.1. ループバックのイネーブル 3.14.1.2. PRBSジェネレーターとベリファイアーのイネーブル 3.14.1.3. TXイコライザーの設定 3.14.1.4. TXのエラー挿入 3.14.1.5. RXの再コンバージェンス 3.14.1.6. 未使用レーンの保持
3.14.2. FGT PMA x
3.14.2.1. 直接レジスター方式 3.14.2.2. FGT属性アクセス方式
3.14.2.1. 直接レジスター方式 x
3.14.2.1.1. 直接レジスター方式の例
3.14.2.2. FGT属性アクセス方式 x
3.14.2.2.1. FGT属性アクセス方式の例1 3.14.2.2.2. FGT属性アクセス方式の例2 3.14.2.2.3. FGT属性アクセス方式の例3
4. F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IPの実装 x
4.1. IPのパラメーター 4.2. IPのポートリスト 4.3. システムPLLのモード - システムPLLのリファレンス・クロックと出力周波数 4.4. F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IP使用時のガイドライン 4.5. デバイスのコンフィグレーション時およびコンフィグレーション後に Refclk #i をアクティブにするためのガイドライン
4.5. デバイスのコンフィグレーション時およびコンフィグレーション後に Refclk #i をアクティブにするためのガイドライン x
4.5.1. システムPLLリファレンス・クロックについてのガイドライン 4.5.2. FGTリファレンス・クロックについてのガイドライン
5. FタイルPMA/FEC Direct PHYデザインの実装 x
5.1. Fタイル PMA/FEC Direct PHYデザインの実装 5.2. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPのインスタンス化 5.3. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPでのRS-FEC Directデザインの実装 5.4. F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IPのインスタンス化 5.5. カスタム拍生成ポートとロジックのイネーブル 5.6. FタイルPMA/FEC Direct PHYデザインのIPの接続 5.7. FタイルPMA/FEC Direct PHYデザインのシミュレーション 5.8. Fタイル・インターフェイスのプランニング
5.2. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPのインスタンス化 x
5.2.1. データパスのオプション (全般と共通) の設定 5.2.2. TXデータパスオプションの設定 5.2.3. RXデータパスオプションの設定
5.7. FタイルPMA/FEC Direct PHYデザインのシミュレーション x
5.7.1. シミュレーションにおけるPAM4エンコーディング・スキーム
5.8. Fタイル・インターフェイスのプランニング x
5.8.1. Fタイル・インターフェイス・プランナー使用例
6. サポートされるツール x
6.1. F-Tile Channel Placement Tool 6.2. F-Tile PMA and FEC Direct Port Mapping Calculator 6.3. F-Tile Clocking and Datapath Tool 6.4. F-Tile TX Equalizer Tool
7. Fタイル・トランシーバー・リンクのデバッグ x
7.1. Fタイル・トランシーバー・ツールキットのGUI 7.2. Fタイル・トランシーバー・デバッグ・フローの手順 7.3. トランシーバー・ツールキットのパラメーター設定 7.4. 一般的なエラーのトラブルシューティング 7.5. トランシーバー・ツールキットのスクリプト
7.1. Fタイル・トランシーバー・ツールキットのGUI x
7.1.1. Collectionビュー
7.2. Fタイル・トランシーバー・デバッグ・フローの手順 x
7.2.1. Fタイル・トランシーバーのデバッグを可能にするデザイン変更 7.2.2. インテルFPGAへのデザインのプログラミング 7.2.3. トランシーバー・ツールキットにデザインをロード 7.2.4. トランシーバー・リンクの作成 7.2.5. BERテストの実行 7.2.6. アイビューアーでのテストの実行 7.2.7. リンク最適化テストの実施 7.2.8. FEC統計情報の確認 7.2.9. 垂直バスタブ曲線測定 (VBCM) データ
7.5. トランシーバー・ツールキットのスクリプト x
7.5.1. サポートされるトランシーバー・ツールキットのスクリプト 7.5.2. スクリプトの変更 7.5.3. スクリプトの実行 7.5.4. Tclコンソールにおける結果の例
A. 付録 x
A.1. Fタイルの製造リビジョンとファームウェアのOPN A.2. OSC_CLK_1 QSF割り当て要件
1. Fタイルの概要
2. Fタイルのアーキテクチャー
3. F-Tile PMA/FEC Direct PHY Intel® FPGA IPの実装
4. F-Tile Reference and System PLL Clocks Intel® FPGA IPの実装
5. FタイルPMA/FEC Direct PHYデザインの実装
6. サポートされるツール
7. Fタイル・トランシーバー・リンクのデバッグ
8. FタイルのアーキテクチャーとPMAおよびFEC Direct PHY IPのユーザーガイド・アーカイブ
9. FタイルのアーキテクチャーとPMAおよびFEC Direct PHY IPのユーザーガイド改訂履歴
A. 付録

2.2.9. 未使用 PMA レーンの保持

今後デザインで使用する予定の未使用 FHT PMA レーンと FGT PMA レーンを保持し、使用期間にわたって PMA レーンのパフォーマンスまたは最大データレートが低下しないようにする必要があります。

未使用 PMA レーンの性能を維持するには、 Quartus® Prime開発ソフトウェアで未使用の PMA レーンをプログラミングして、送信ステージと受信ステージのアナログ回路が低いデータレートで切り替わるようにすることができます。

未使用の PMA レーンは、F タイルで次のいずれかの方法で表示されます。
  • 完全に未使用の F タイルの未使用 PMA レーン
  • 部分的に使用されている F タイルの未使用 PMA レーン

完全に未使用の F タイルの未使用 PMA レーン

完全に未使用の F タイルは、.qsf 割り当てで保持する、もしくは電源レールをグランドにする必要があります。今後 F タイルを使用する予定がなく、PMA レーンを保持しない場合は、次の内容に従います。
  • F タイルのさまざまな電源レールをグランドに結び付け、消費電力を低減する必要があります。
  • F タイルの保持に、次に示されている .qsf 割り当てをプロジェクトで使用しないようにします。
これらの推奨事項に従わない場合は、コンフィグレーション・エラーが発生する可能性があります。
今後の使用に向けて完全に未使用の F タイルを保持する場合は、次の内容に従います。
  • F タイルをコンフィグレーションして電力を供給し、すべての電源レールを適切な電源に接続する必要があります。
  • プロジェクトで .qsf 割り当てを使用し、未使用の F タイルを保持します。
これらの推奨事項に従わない場合は、コンフィグレーション・エラーが発生する可能性があります。

以下に示されている .qsf 割り当てのいずれかを使用し、F タイルで未使用のレーンを保持します。

パッケージ内の単一の F タイルのすべての未使用 PMA レーンを保持するには、次の単一ピン F タイル .qsf を使用します。 
set_instance_assignment -name PRESERVE_UNUSED_XCVR_CHANNEL ON -to <pinname>
次の例で説明します。 
set_instance_assignment -name PRESERVE_UNUSED_XCVR_CHANNEL ON -to JW83
  • <pinname> は、保持に対応する未使用 F タイルを識別します。
  • 単一のピンで F タイル全体を保持します。ボードでピンを接続していない場合でも、任意のレーンでピンを指定することができます。
  • この .qsf 割り当てを各 F タイルの対応するピンで複数回使用し、複数の未使用 F タイルを保持することもできます。
複数の未使用タイル (パッケージ内の未使用 F タイル、および R タイルなどの他のタイルをすべて含む) がある場合は、次のグローバル .qsf 割り当てを使用し、パッケージ内のすべての未使用タイルのすべての未使用 PMA レーンを保持することができます。 
set_global_assignment -name PRESERVE_UNUSED_XCVR_CHANNEL ON
注: この .qsf 割り当ては、すべての未使用タイルを保持する必要がなく、一部のタイルの電源レールをグランドに結び付けている場合は使用しないでください。コンフィグレーション・エラーが発生する可能性があります。
次の例で説明します。
  • パッケージに 4 つのタイルがあり、1 つは部分的に使用されているタイルで、他の 3 つを保持するとします。この場合は、グローバル .qsf 割り当てを使用し、3 つのタイルを保持することができます。
  • パッケージに 4 つのタイルがあり、1 つは部分的に使用されているタイル、1 つは電源レールをグランドに結び付けて消費電力を低減しているタイル、残り 2 つは保持するタイルです。この場合は、グローバル .qsf 割り当てを使用しないでください。代わりに、単一ピン F タイル .qsf 割り当てを使用して、この 2 つのタイルを保持します。

部分的に使用されている F タイルの未使用 PMA レーン

デザインで PMA レーンをインスタンス化しない (使用しない) 場合、部分的に使用されている F タイルの未使用 PMA レーンは、デフォルトで保持されます。

今後の使用に向けて、部分的に使用されている F タイルのデザインで PMA レーンをインスタンス化する場合は、次の条件を満たす必要があります。
  1. PMA リファレンス・クロックが利用できない場合は、リファレンス・クロックを切断する前に PMA をリセット状態で維持する必要があります。例えば、HDMI IP を使用している場合などが当てはまります。
  2. TX PMA レーンで、すべて 0 またはすべて 1 を長期間送信しないようにします。PMA がリセット状態になっている場合は、この規則に従う必要はありません。
  3. FHT PMA レーンの場合は、cfg_preserve_enable (0xF0030[3:0]) を 4’b1111 に設定し、レーンを保持する必要があります。LSB はレーン 0、MSB はレーン 3 になります。cfg_preserve_enable レジスターへのアクセスについては、 FHT PMA のレジスターマップ を参照してください。
レベル 2 の表題