實現(xiàn)USB3.0物理層中彈性緩沖的設(shè)計方案

　　對于添加SKP對，讀指針如何才能知道要添加多少呢？因此讀指針需要寫指針去引導(dǎo)。在設(shè)計中，采用了斷點保存和握手來解決。在SKP窗口出現(xiàn)和添加閥值標(biāo)志有效時候，寫指針在此時計算FIFO中的有效數(shù)據(jù)個數(shù)，根據(jù)FIFO中有效數(shù)據(jù)的個數(shù)與8的差距來決定wrptr_nxt所指向的下一個指針點，這就是寫指針跳躍。并且在寫時鐘域把當(dāng)前的寫指針和下一個所指向的指針點保存起來。在彈性緩沖設(shè)計中，讀指針永遠落后于寫指針。

圖 10 寫指針保存斷點

　　3.2.2 握手

　　寫指針在出現(xiàn)SKP窗口和SKP添加閥值觸發(fā)的時候，發(fā)生了跳躍，并保存了斷點，但這只是在寫時鐘域。由于讀指針晚于寫指針，因此采用握手來通知讀時鐘域何時添加SKP。如下圖，當(dāng)SKP窗口出現(xiàn)，并且添加閥值觸發(fā)時，彈性緩沖保存了斷點，并向讀時鐘域發(fā)起了請求（req），請求一直持續(xù)到讀指針讀到了斷點的起始地址（start_rptr），此時，讀指針讀到了斷點的起始地址，并向?qū)憰r鐘發(fā)送收到（ack）。當(dāng)寫時鐘域收到讀時鐘域的ack信號，撤銷req。讀時鐘域一旦讀到了截止地址（end_ptr）自動撤銷ack信號。在整個讀時鐘域的ack過程中，SKP對被添加。

圖11 握手

　　3.2.3 輸出控制

　　彈性緩沖FIFO讀寫控制的過程中，寫先于讀，首先根絕延遲要寫到規(guī)定的要求，此時寫有效讀無效（定義為W1R0）。當(dāng)達到規(guī)定的閥值之后，讀寫同時有效（W1R1）。等到寫結(jié)束， 即一個包接收完畢，但是讀不一定結(jié)束（W0R1），直至讀到空，即所有數(shù)據(jù)已經(jīng)同步到本地了（W0R0）表示此次任務(wù)結(jié)束。這種流程控制為了保持這個數(shù)據(jù)的完整性。

圖 12 讀寫流程控制

　　USB協(xié)議中明確規(guī)定SKP對為2個連續(xù)的SKP symbol。根據(jù)8b10b原則，2個連續(xù)的SKP對的游程是相反的，并且SKP對的添加要符合8b10b3的規(guī)則。

　　中要求，在彈性緩沖下溢的時候，要添加一個EDB字符，并且顯性的用下溢標(biāo)志。如下圖，在rx-g與rx-h之間，由于讀快于寫，導(dǎo)致了下溢。因此需要添加一個EDB字符，并使能一個時鐘的下溢，并且置狀態(tài)。

圖 13 彈性緩沖下溢

　　PIPE3.0中要求，在彈性緩沖上溢的時候，丟掉一個數(shù)據(jù)，并且置狀態(tài)。如下圖rx-f、rx-g與rx-h，由于溢出，rx-g被丟棄，并且置狀態(tài)。

圖 14 彈性緩沖上溢

　　5.總結(jié)

　　本文通過分析彈性緩沖的作用與機制，采用異步時鐘FIFO來設(shè)計彈性緩沖。并且根據(jù)USB3.0協(xié)議要求，提出了斷點保存、指針跳躍與握手、指針屏蔽等方法來設(shè)計彈性緩沖。本設(shè)計充分考慮了PIPE 3.0標(biāo)準(zhǔn)的要求與實際需要，并且應(yīng)用于工程中，實現(xiàn)了彈性緩沖補償時鐘的目的。