SPI-4．2總線應(yīng)用和調(diào)試經(jīng)驗談

引言
SPI-4．2總線(System Packet Interface，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)包接口)是一種速度高達10 Gb／s的芯片間互連總線，主要應(yīng)用于ATM信元傳輸、POS(Packet Over SONET／SDH，基于SONET／SDH的包傳輸)和10 Gb／s以太網(wǎng)等高端場合。特別在通信領(lǐng)域，很多高端處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器，如Intel公司的IXP2800、Cavium公司的多內(nèi)核處理器CN58xx系列、NetLogic公司的XLR732、Broadcom的BCM1480，幾乎都集成了SPI-4．2接口，以提高芯片的吞吐能力，適應(yīng)通信產(chǎn)業(yè)朝著LTE(長期演進)發(fā)展的需求。還有眾多的物理層芯片，例如Cortina公司的CS1331，可以將SPI-4．2總線轉(zhuǎn)換成8個千兆以太網(wǎng)接口。SPI-4．2總線之所以被眾多的高端芯片所采用，與其高速、靈活、可靠的特性是密不可分的。

1 SPI-4．2總線基本原理
SPI-4．2總線是一種芯片間的互連總線，連接芯片的鏈路層和物理層模塊。其工作時鐘是源同步雙邊沿觸發(fā)時鐘，至少為311 MHz。圖1是使用SPI-4．2總線連接兩個芯片的示意圖?？梢?，SPI-4．2總線的信號在發(fā)送和接收方向完全對稱而又互相獨立，數(shù)據(jù)鏈路和狀態(tài)鏈路分開，并且其時鐘也是完全分開的。因此，該總線不僅適合于雙向通道，而且適合于只收不發(fā)或者只發(fā)不收的單向通道。

SPI-4．2總線具有以下特點：
①點對點互連，收發(fā)數(shù)據(jù)鏈路寬度為16位。
②發(fā)送和接收模塊的信號各分為兩組，即數(shù)據(jù)信號和狀態(tài)信號，分別對應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路和狀態(tài)鏈路，每個鏈路具有自己的時鐘。數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，狀態(tài)鏈路傳輸相應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息。
③數(shù)據(jù)鏈路包含DCLK、DAT[15：0]和CTL三種LVDS(低壓差分傳輸)信號。前面加“T”表示信號屬于發(fā)送模塊，加“R”表示信號屬于接收模塊。以發(fā)送模塊為例，TDCLK是雙邊沿觸發(fā)時鐘，TCTL是控制信號，TDAT[15：0]承載了數(shù)據(jù)和控制信息。當TCTL為高電平時，TDAT[15：0]傳送的是數(shù)據(jù)包；當TCTL為低電平時，TDAT[15：0]傳送的是控制包。數(shù)據(jù)采用DIP～4校驗交織碼。
④狀態(tài)鏈路包括SCLK時鐘信號和STAT[1：0]狀態(tài)信號，信號類型是LVTTL或LVDS。SPI～4．2發(fā)送時序如圖2所示。如果選擇LVTTL，則SC-LK時鐘頻率是數(shù)據(jù)鏈路時鐘速率的1／4。如果選擇LVDS，則SCLK時鐘頻率和數(shù)據(jù)鏈路時鐘頻率相同。下文中均以LVDS為例進行闡述。狀態(tài)鏈路主要用于流控。

⑤接收和發(fā)送模塊都含有一個FIFO隊列，用于緩存數(shù)據(jù)，隊列長度由芯片設(shè)計而定。隊列的狀態(tài)信息通過狀態(tài)鏈路周期性地發(fā)送，接收模塊和發(fā)送模塊的狀態(tài)信息是獨立的。狀態(tài)信息附加了DIP-2交織校驗碼，以提高傳輸可靠性。