『USB3.0Cypress』FPGA开发(3)GPIF II短包零包时序分析

news2025/3/17 1:15:05

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文章目录

1.时序参数
2.FX3_PCLK
3.短包和零包
- 3.1短包时序
- 3.2零包ZLP时序
4.传送门

1.时序参数

AN65974文档中明确了操作GPIF II接口时的时序参数，上一篇文章中给出了读写时序图，本篇第二节给出ZLP写周期时序，这里说明相关的时序参数。应该注意，这是Cyusb3014芯片的时序要求，与外部控制器是什么无关。另外要注意，PCLK信号是由外部控制器传递给Cyusb3014的时钟，而不是它自身的。
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2.FX3_PCLK

FX3_PCLK是由外部控制器产生的时钟，因此FPGA开发过程中有两个时钟信号和Cyusb3014相关，一个是驱动时钟，即连接到FX3_PCLK的时钟信号；还有一个是用户时钟，即FPGA工程里USB驱动模块的时钟。驱动时钟和用户时钟都应该是100MHz，但需要有180°的相位差。可以使用PLL锁相环生成，在锁相环管脚不够用的情况下也可以使用ODDR原语生成驱动时钟。这样做的目的就是为了满足cyusb3014对于时序参数的要求，既有充足的保持时间和建立时间，下图以slwr信号为例进行说明。
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图中tap（0-1） 代表PCB走线延时，对于FX3_PCLK和SLWR几乎一样（信号等长设计）。Tap（1-2） 代表SLWR相对PCLK的延时（FPGA内部走线也需要时间，长短不同会造成到达IO的时间不一致s）。当tap（1-2）很小的时候，通向的FX3_PCLK可能无法满足Cyusb3014对于SLWR信号保持时间要求，而反相的FX3_PCLK，对保持时间和建立时间都有足够大的裕量，满足时序要求

3.短包和零包

前面已经详细的叙述了读与写的操作时序，但是仅有这些描述还不足以正确完成数据传输。考虑一个问题。AN65974中提到“标志与特定线程或当前寻址的线程相关联，用于表示映射到该线程的套接字状态”。以下行数据通道为例，当PIB还未通过自动DMA接收到数据的时候FLAGC为0。初始状态下，FLAGC为0，当上位机启动数据传输时，数据经过端点，UIB套接字到达缓冲区，只有数据从缓冲区达到PIB套接字，FLAGC才由0变成1标识缓冲区未空。而数据何时缓冲区到达PIB套接字是有条件的，即数据量刚好为一个缓冲区的大小，或，小于一个缓冲区但要执行执行一次COMMIT操作。『USB3.0Cypress』Cyusb3014开发(5)GPIF II接口中介绍了COMMIT的作用是缓冲区将被传输到管道的另一端。通常通过该操作，可强制缓冲区/数据包结束。当上位机发送的数据等于16KB时，正常发送数据即可到达PIB套接字，当数据小于16KB时应通过“短包或者零包的方式”发送，这种操作在介绍上位机的时候会讲（其实是通过特定的方式发送，只要能让小于缓冲区大小的数据到达PIB即可，这里把这种方式称作短包/零包）。那么也只有数据到达PIB，相应的FLAG信号才会变化，才能确保FPGA能够正确的读取数据。
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本节讲的是上行数据通道，也就是对于FPGA来说，如何让小于缓冲区大小的数据从PIB到达缓冲区并到达UIB，这样做是为了上位机能够正确的读取数据。下图展示了AN65974的GPIF里面的状态机，可以清晰的看到只有在ZLP和SHORT_PKT中执行了COMMIT操作。因此这里说的零包和短包本质上是用不同组合的控制信号进入ZLP或SHORT_PKT状态执行COMMIT操作，那么短包和零包的应用场景便是完成小于缓冲区大小的数据的发送。依照现有结论向GPIF中写1024B数据，使用零包或者短包上位机都可以正确接收数据。3.1节和3.2节将分别测试，结果如何？拭目以待。

3.1短包时序

FPGA可控制仅通过激活PKTEND#，并且激活 SLWR#来传输一个短包（short package）。当然在此之前应该FIFO地址稳定且SLCS#激活。向GPIF II中写1024B数据，如图所示，在slwr拉高前的最后一个周期，将pktend信号拉低一个周期，便是以短数据包的形式写入数据，可以在control center中看到正确的数据。观察到在pktend信号置位三个周期后flaga信号会拉低一段时间，注意此时只向16KB的缓冲区写了1KB数据，按常规理解此时flaga不会为低电平，咨询赛普拉斯官方工程师，说是正常现象，可能是切换缓冲区了。
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3.2零包ZLP时序

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FPGA可控制仅通过激活PKTEND#，而没有激活 SLWR#来传输一个零长度数据包（ZLP）。但必须驱动 SLCS#和地址。向GPIF II中写1024B数据，在slwr拉高以后，再将pktend信号拉低一个周期，按照对AN65974的理解，这里应该为发送1024B之后再发送一个零数据包（ZLP）来使缓冲区commit，但按照如下图所示在写完1024B数据之后紧接着发送一个零包，使用control center接收数据，会出现997的错误。
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对于此问题通过向官方社区询问已经得到解答，我们使用的是sync slave fifo这个状态机，在从WRITE到ZLP时需要经过IDLE状态，因此如果写结束后没有延迟直接拉低pktend信号不满足(PKEND&SLWR)|SLCS，状态机跳回到IDLE的条件因此会出现错误，所以这时需要创造使状态机跳回到IDLE的条件才能发送零长度数据包。这里采用将pktend延迟一个clk再拉低，状态机即可进入IDLE状态，从而后续再进入ZLP状态发送零长度数据包。正确的处理如下图所示。
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