Interlaken传输协议简介

作者:Gary Pan,AMD工程师;来源:AMD开发者社区

曾经在十几年前,当时最流行的两个用于网络应用的高速传输协议,XAUI和SPI4.2。虽然由于XAUI采用了当时较新的4通道物理层串行传输,令10G传输能传得更远,并适配各种传输媒质;但是SPI4.2的优势则在于其具有更多的上层传输机制,包括不同的channel通道,Burst大小定义,还有反压流控等。并且两者都受限于固定速率配置。因此,Interlaken协议的提出,既采用了高速串行传输,可配置多种线速率及物理层通路,同时继承了SPI-4.2通道化的数据包机制。

协议层数据包的传输

Interlaken采用了64B67B编解码,所以是每8个byte数据一组编码。传数的时候,主要分两种,一种就是普通数据,另一种是控制字(IDLE或Burst)。普通数据每次按照Burst的大小范围来连续传,之间用Burst控制字间隔开,如下图。

图1.png

用户需要预先定义好:

BurstMax:一组连续数据传输不得超过BurstMax,即连续数据传到BurstMax大小,则接下来必须传Burst控制字

BurstShort:一组连续数据传输不得小于BurstShort,如果数不够则可以通过在后面添加IDLE控制字,来补到BurstShort的大小

(有时还会有BurstMin,BurstMin>BurstShort,可用于客户自己分割数据Burst大小,进行传输;一组Burst数据应当也大于BurstMin。下面举个示例)

假设客户正好有一个长度为513bytes的包要传(BurstMax=256bytes,BurstShort=64bytes)。那么直接的算法就是,先传两组Burst最大数据,即256x2=512,这样还剩1个byte,第三组Burst须满足BurstShort,即为1个byte数据加上63byte的IDLE控制字组成一个Burst。然而,这样传输数据显然会影响到带宽。如果将自动按最大传,改为传三组分别为256+192+65的Burst数据,就不用添加IDLE,并且提高了效率。

(Xilinx的Interlaken IP不提供分割数据Burst的功能,用户需要自己在上层逻辑里完成;Interlaken协议里提供了一段相关参考代码)

控制字的格式

Interlaken是一项串行传输协议,其物理层数据采用的是64B/67B编解码方式。64B/67B源自以太网协议里的64B/66B编解码,以下图左侧的控制字格式为例进行讲解。

Bit66:相较以太网的64B/66B编解码,64B/67B多出一个最高bit位;为满足Running Disparity,为1时,翻转所有bits,为0时,不变

Bit(65:64):01表示后面64bits是一组数据;10表示是控制字;00或11非法,表示同步没有完成

Bit63:为1表示是IDLE或者Burst控制字,为0表示是Framing层控制字

Bit62:为1是Burst;为0是IDLE,并且后面的SOP,Channel等位皆无效

Bit61:包头SOP,为1作为包开始,后面接一个数据包

Bit(60:57):1xxx为包尾EOP;0000,非包尾;0001,包尾,同时此包有错

Bit56:1表示后面的In-Band流控位,是开始

Bit(55:40):In-Band流控,16bits对应了目前16个calendar entries;1表示XON,可传输;0表示XOFF,满了,暂停传输

Bit(39:32):Channel号,表示这组Burst数据是哪个channel的

Bit(31:24):保留用途,在未来扩展应用中,可用于不同用途

Bit(23:0):CRC

(通道Channel的次序可以映射为Calendar。比如流控状态,可以将Calendar设置为表示Channel0, Channel1, Channel2状态……也可以设置为Channel0, Channel1, Channel0, Channe2……总之,两端Interlaken设备须设置为相同的Calendar,即要有相同的channel传输表述顺序)

图2.png

Interlaken的Framing层机制

Interlaken里总的Meta Frame一般包括4种Framing层控制字(上图控制字格式里的右侧控制字)和Payload数据(即上文里的协议层数据)。

Xilinx的Interlaken IP可以设置Meta Frame的长度。为了节约仿真时间,可以在仿真中将此长度减小,缩短初始化同步对齐的时间。但是在上板测试与应用中,为了保证收发两边具有相同的Meta Frame长度,并能link成功,千万不要忘了将仿真时减小的长度改回来。

图3.png

Meta Frame控制字

Sy, Block Type(positive disparity)=011110:

同步标志;用于物理层通道的同步与对齐

Ss, Block Type(positive disparity)=001010:

用于扰码的同步

Sk, Block Type(positive disparity)=000111:

用于做时钟补偿;只要不是同源时钟,由于时钟晶振的物理限制,收发两端即使频率相同,也仍然会有PPM级别的频率差异。如果收端频率略低于发端,Interlaken会自动删除Skip控制字来保证其它数据不会因为溢出而丢失;如果收端频率略高于发端,可以协议自动补Skip进数据流,避免FIFO被读空。

Di, Block Type(positive disparity)=011001:

提供通道的错误检查与状态信息;会计算整个Meta Frame的CRC32

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