集成式比特误码率测试仪在FPGA中的应用

随着高速数字系统的发展，高速串行数据被广泛使用，内嵌高速串行接口的FPGA也得到大量应用，相应的高速串行信号质量的测试也越来越频繁和重要。通常用示波器观察信号波形、眼图、抖动来衡量信号的质量，Xilinx提供的IBERT（Integrated Bit Error Ratio Tester）作为一种高速串行信号测试的辅助工具，使得测试更便捷，其具有不占用额外的I／O管脚和PCB空间、不破环接口信号的完整性、无干扰、使用简单和价格低廉等特点。

　　1 IBERT简介

　　IBERT是Xilinx提供用于调试FPGA芯片内高速串行接口比特误码率性能的工具，具备实时调整高速串行接口的多种参数、与系统其他模块通信及测量多通道误比特率等功能，支持所有的高速串行标准，包括：PCI Express、RapidIO、千兆以太网、XAUI等。使用IBERT核测试，只需通过JTAG接口下载设计并测试硬件，无需额外的管教和接口；大幅缩减了高速串行接口测试场景的建立和调试时间，是高速串行接口开发中理想的调试工具。

　　文中所述使用方法基于Xilinx的工具CoreGenerator12．4和ChipScope Pro Analyzer12．4进行描述，下面介绍使用IBERT的步骤，IBERT的操作分为两个阶段。

　　1．1 配置IBERT核，生成配置文件

　　（1）打开Core Generator12．4工具，新建设计工程，指定待测器件类型、封装、速度等级，生成工程文件。在IP Catalog窗口＼View by Function＼DebugVerification＼Chipscope Pro＼下，双击IBERT，配置线速率、GTP位置和参考时钟、系统时钟等IBERT核参数，生成可JTAG加载的bit配置文件。与生成其他核不同，IBERT核不是插入到用户的设计中去的ngc或edn文件，而是生成自身的bit配置文件。

　　（2）IBERT核和ILA核（Integrated Logic Analyzercore），也需要连接到ICON核（Integrated Controllercore）上，但其自身具备控制、监控以及改变高速串行接口参数的逻辑，并能完成误比特性能测试。需注意的是，IBERT核只能作为一个独立的设计，不可在用户设计中例化。不同系列芯片的IBERT核在Core Generator中的配置不同。

　　1．2 IBERT核的主要组件

　　（1）BERT（比特误码率测试）逻辑：BERT逻辑中例化了高速串行接口组件，并包括了测试模式发生器和检查器。利用Comma和Comma检测器，可提供从简单的时钟信号到完全的PRBS模式以及成帧计数模式。可产生各种PRBS数据作为高速串行发送器的数据源，可设置多种环回，由接收通道接收，对高速串行接收器的接收数据进行相同编码的检测，计算比特误码率。

　　（2）DRP（动态重配置端口）逻辑：每个高速串行接口均有一个动态重配置端口，因此每个收发器属性都可在系统中改变。所有的属性和DRP地址在IBERT核中均可读可写，且可独立访问。

　　（3）控制盒状态逻辑：管理IBERT核的操作。

　　1．3 配置到FPGA中完成测试

　　测试时，建立JTAC连接，使用ChipScope Pro Analyze12．4下载bit配置文件。下载成功后，在New Project窗口会出现IBERT Console点击即进入Console Window，该窗口可以设置高速串行接口的参数，进行开环或闭环的误码测试，同时提供高速串行接口参数的控制和监视接口。Console Window有4个界面：MGT／BERT Settings、DRP Settings、Port Settings和Sweep Test Setting。下面分别介绍每个界面的功能。

　　（1）MGT／BERT Settings：MGT Settings部分可以设置摆幅、预加重、均衡以及接收采样点的位置等参数，同时可设置开环或闭环的测试方式，测试进行中可以显示线速率和所测试的高速串行接口的锁相环状态。BERT Settings部分可以设置测试发送和接收数据的编码方式，并显示测试的误码率结果。Clock Setting部分显示收发线路的时钟信息。

　　（2）DRP Settrags：可查看并设置高速串行接口的属性。

　　（3）Port Settings：可查看并设置高速串行接口的接口状态。

　　（4）Sweep Test Setting：本界面用于自动扫描测试，是IBERT提供的一项便利高效的测试方式，可设定发送和接收的可控制参数范围，自动逐个地进行遍历性的误码测试，参数包括发送摆幅、预加重、接收均衡器、CDR采样数据的位置等。用户可设定每组参数重复测试次数以及测试时间，最后点击Start即可进行扫描测试。测试数据保存在．csv文件中。只能在近端环回和远端环回测试模式中使用。

　　2 实例说明

　　设计实例使用Xilinx公司Spatan6系列的xc6slx150t-3fgg676芯片，根据上述使用说明，下面具体说明使用IBERT进行测试的过程。

　　（1）打开Xilinx ISE DesignSuite12．4／ISEDesignTools／Tools／Core Generator，新建工程，设置芯片信息如图1所示，点击确认，生成核的工程文件。

在IP Catalog窗口＼View by Function＼DebugVerification＼Chipscope Pro＼下双击Ibert，如图2所示。按顺序设置Ibert核线速率2．457 6 Gbit·s-1，数据宽度20 bit，参考时钟频率122．88 MHz，选择被测试的GTP DUAL，设置系统时钟频率66 m、位置R7等参数，IBE RT Core Summary如图3所示，点击generate生成Ibert核的可下载bit配置文件。