PCIe与Lattice ECP3/ECP5 SerDes

FPGA发展到今天，SerDes (Serializer - Deserializer) 基本上是标配了。从PCI到PCI Express，从ATA到SATA，从并行ADC接口到JESD204，从RIO到Serial RIO，……等等，都是在借助SerDes来提高性能。SerDes是非常复杂的数模混合设计，用户手册的内容只是描述了森林里面的一棵小树，并不能够解释SerDes是怎么工作的。而本文也主要是基于Lattice ECP3和ECP5 的SerDes UG，来简单地介绍一下Lattice ECP3&ECP5 SerDes的一些基本特性。如需深入了解SerDes，可以参考一下我之前转发的博客：SerDes扫盲：http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100052786 ，以及本文附件中的硕博论文。亦或者是到IEEE Xplore下载相关论文资料。

废话不多说，进入正题。

Lattice的ECP3/ECP5系列FPGA内部集成了SerDes/PCS的硬核（Hard Core），其速率最高可达3.2Gbps，而ECP5-5G系列的SerDes最高可达5Gbps。Lattice的SerDes是基于CML信号的，借助 PCS（物理编码子层，Physical Coding Sublayer）可以支持PCI Express、JESD204A/B、SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI、GbE、CPRI、Gigabit Ethernet （1GbE and SGMII）和XAUI等多种串行通信协议，具体如下图所示。

就PCIe（PCI Express）而言，ECP3/ECP5可支持1.0/1.1版本（2.5Gbps），而ECP5-5G还可支持2.0版本（5Gbps）。借助Lattice提供的PCIe相关的IP（Endpoint&Root），可以快速的完成基于FPGA的PCIe设备的开发。

Lattice ECP3，ECP5（ECP5-5G）的SerDes/PCS结构基本相同，区别主要在于ECP5将两个SerDes/PCS通道合并到一个叫做DCU的模块中去。ECP5的每一个DCU均包含一个AUX通道（以及TxPLL），而ECP3每四个SerDes/PCS通道才包含一个AUX通道。ECP3和ECP5的结构图分别如下图所示：

其中，ECP5的SerDes/PCS的单个通道的详细结构图如下图所示：

ECP5的SerDes时钟结构图如下：

注：本文只是对Lattice ECP3/ECP5器件中的SerDes/PCS进行了简要的介绍，具体还请阅读参考阅读中的相关UG。

参考阅读：

1、Lattice ECP3 SerDes/PCS User Guide：

LatticeECP3SerdesPCS UsageGuide.pdf http://files.chinaaet.com/files/blog/2019/20180603/1000019445-6366364917159230049957618.pdf

2、Lattice ECP5/ECP5-5G SerDes/PCS User Guide:

ECP5 and ECP5-5G SERDESPCS Usage Guide.pdf http://files.chinaaet.com/files/blog/2019/20180603/1000019445-6366364923875433535609043.pdf

3、10Gbps-SerDes中的高速接口设计：

10Gbps-SerDes中的高速接口设计.pdf http://files.chinaaet.com/files/blog/2019/20180603/1000019445-6366364932180787092832068.pdf

4、高速SERDES接口芯片设计关键技术研究：

高速SERDES接口芯片设计关键技术研究.pdf http://files.chinaaet.com/files/blog/2019/20180603/1000019445-6366364934565353359214792.pdf