S03-H01 利用IBERT进行GTX信号眼图测试

软件版本:VIVADO2017.4

操作系统:WIN10

硬件平台: K7/A7系列开发板

米联客(MSXBO)论坛www.osrc.cn答疑解惑专栏开通，欢迎大家给我提供！

1.1概述

Vivado中提供了1种IBERT工具用于对Xilinx FPGA芯片的高速串行收发器进行板级硬件测试。通过IBERT我们可以获得误码率，观察眼图，调整串行收发器的参数，帮助判断可能出现的问题，验证硬件的稳定性和信号的完整性。

本教程以米联为基础MK7160FA使用开发板IBERT工具对与SFP连接的GTX进行1.25Gbps和10.3125Gbps测试速度。从误码率和眼图两个角度验证开发板GTX部分工作的稳定性和可靠性。

10G光通信需要可编程晶振，购买板材需要10G必须选择光通信。

本教程共包括ibert_1_25g和ibert_10g两个例子对应1.25Gbps和10.3125Gbps基于速率vivado 2017.4版本开发。

1.2测试原理

IBERT中的BERT是Bit Error Ratio Test缩写是指比特错误概率测试，简而言之是误码率测试。Vivado中IBERT该工具的测试原理是通过收发器从外部回环自收自发实现。也就是说，同一组收发器TX和RX进行短接，TX在特定序列中发送数据流RX接收端接收后，通过比较发送和接收的数据，得到接收端误码的统计值。

在MK7160FA在开发板中插入光模块SFP在屏蔽笼中，然后通过单个光纤将光模块TX和RX可通过短接IBERT工具对GTX进行测试。

1.3 IBERT设置

在vivado中找到IBERT 7 Series GTX这个IP核。

1.3.1千兆1.25G速率

IBERT选择测试协议Custom1，GTX参考时钟选择频率选择125MHz，只需要测试和SFP连接的4组GTX，所以GTX Quad选择1。如下图所示。千兆以太网使用10000BASEX标准，采用8b/10b所以GTX传输速率为10000Mbps×10/8=1250Mbps=1.25Gbps。如下图所示。采用Custom我们暂时不研究本协议的内容，传输速率为1.25Gbps。

由于2组与SFP连接的GTX都位于BANK 116，所以在QUAD_使能协议在116中选择。MK7160FA在开发板中，底板时钟芯片输出的差分时钟与REFCLK0连接，应选择参考时钟MGTREFCLK下图所示0116。

不妨将GTX输入的125MHz同时作为时钟IBERT工作时钟的内部逻辑，这样你就不能使用金额

外部时钟如下图所示。当然，用户也可以将时钟设置为外部时钟，如核心板 FPGA提供时钟晶振，大家可以自己试试。

点击OK，完成IBERT IP核配置。

1.3.2千兆10.3125G速率

IBERT 10.3125Gbps传输设置如下：

由于2组与SFP连接的GTX都位于BANK 116，所以在QUAD_使能协议在116中选择。MK7160FA在开发板中，底板时钟芯片输出的差分时钟与REFCLK0连接，应选择参考时钟MGTREFCLK0116。

如下图所示

点击OK，完成IBERT IP核配置。

1.4使用example design

IBERT的example design稍作修改就可以直接使用对GTX进行测试。

在IBERT IP核配置完成后，右击打开example design工程。

因为开发板SFP屏蔽笼的tx_disable引脚默认连接上拉电阻。为了使收发回环试验正常进行，必须进行tx_disable因此，在example design添加4个顶层模块sfp_tx_disable引脚，均置0。如下图所示。

然后，在xdc文件中添加sfp_tx_disable引脚的限制如下图所示。注：不同的开发板管脚定义不同

set_property PACKAGE_PIN D9 [get_ports {sfp_tx_disable[0]}]

set_property PACKAGE_PIN D11 [get_ports {sfp_tx_disable[1]}]

set_property PACKAGE_PIN C9 [get_ports {sfp_tx_disable[2]}]

set_property PACKAGE_PIN D10 [get_ports {sfp_tx_disable[3]}]

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {sfp_tx_disable[0]}]

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {sfp_tx_disable[1]}]

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {sfp_tx_disable[2]}]

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {sfp_tx_disable[3]}]

接着，编译工程，生成bit文件可以。千兆和万兆example design用法相同。

1.5 GTX IBERT测试

1.5.1 1.25G测试

用户可以插入任何一个千兆光模块SFP在屏蔽笼中，也可以同时使用2、3、4个光模块插入相应的屏蔽笼中。本教程只使用一个光模块插入丝印。SFPA对应的屏蔽笼，如下图所示。

图1-5-1-1开发板测试连接图

表1-5-1 可编程时钟模式设置

光模块采用单根光纤TX和RX短接。然后，在开发板上电vivado中打开hardware manager，刚刚生成的bit文件下载到开发板上。下载后，如下图所示的界面出现。

点击OK。然后出现如下图所示的界面。Reset按钮，使IBERT复位时可以看到Errors变成0意味着接收端没有检测到错误。由于测试，只连接了一条路GTX，所以这里只显示了目前使用的内容GTX链路。其他没有建立收发环路的环节GTX没有显示。

当然，用户也可以手动将其他没有连接的GTX在当前显示栏中添加，点击下图所示的按钮。

然后，同一个GTX对应的TX和RX建立link，如下图所示。

添加后如下图所示。OK即可。

这三对没有连接的显示框随后出现在显示框中GTX，状态显示No Link如下图所示。

如下图所示，经过长时间的测试，可以发现Errors一直是0，这意味着测试过程中没有误码，说明板级GTX硬件工作稳定。

目前使用的测试数据为7bit伪随机序列。

用户还可以在测试过程中修改测试数据类型，例如PRBS 23-bit，PRBS 7-bit等等，接收和发送所使用的数据类型必须完全一致，修改后必须单击Reset按钮，复位Errors为0。如下图所示。

从数学统计的角度可以判断误码率GTX硬件稳定性，vivado还提供了一种更直观的方式来观察GTX信号完整性，即眼图。首先，点击下图所示的按钮。

所有设置都可以默认，然后单击以下界面OK。

此时vivado用户需要等一会儿才能开始扫描和生成眼图Progress当进度为100%时，眼图扫描过程就结束了。

vivado如下图所示。

从信号完整性的角度来看，眼图中间的蓝色区域越大，GTX所对应的PCB信号完整性越好。

1.5.2 10.3125G测试

10.3125G的测试方法与上述的千兆测试方法完全相同。首先，给开发板断电，将光模块插入丝印“SFP-A和SFP-B应该是屏蔽笼。通过光纤TX和RX短接。然后上电，下载example design生成的bit文件。如下图所示。

图1-5-2-1开发板测试连接图

表1-5-2 可编程时钟模式设置

图1-5-2-2 拨码开关设置

然后上电，下载example design生成的bit文件。如下图所示。

进行长时间测试后，GTX在万兆速率下的误码同样为0。如下图所示。

同理，扫描10.3125Gbps的眼图，如下图所示。10.3125Gbps速率下的眼图蓝色区域明显小于1.25Gbps速率时的眼图，而且形状发生了改变，变得有点像椭圆。这与信号的频率有关，信号的频率越高，在传输过程中的损耗越大，上下沿越来越平缓，方波会变得越来越像正弦波，眼图也会“睁得”越来越小。若使用更高的速率，眼图中的蓝色区域可能会变得更小。