详解赛灵思SRIO IP并提供一种FIFO封装SRIO的收发控制器仿真验证

概述

RapidIO标准定义为三层：逻辑层、传输层、物理层。

逻辑层：定义总体协议和包格式，包含设备发起/完成事务的必要信息。
传输层：提供包传输的路由信息（对顶层不可见）。
物理层：描述设备级接口细节（包传输机制、流控、电气特性、低级错误管理）。

逻辑层（LOG）

逻辑层划分为模块控制并解析数据包，包含三种接口：

用户接口（User Interface）
- 可配置端口数量和事务类型。
- 支持通过AXI4-Lite总线访问本地/远程寄存器。
传输接口（Transport Interface）
- 相当于缓存Buffer（对顶层不可见）。
配置接口（Configuration Fabric Interface）
- 读写本地配置空间及逻辑层/传输层寄存器。

用户接口详解

I/O端口集 ：
1. 支持I/O事务（NWRITEs、NWRITE_Rs、SWRITEs、NREADs、RESPONSEs）。
2. 可选支持消息事务（取决于IP核配置）。
3. 支持门铃事务。
消息端口：专用于消息事务。
维护端口：专用于维护事务。
用户自定义端口：支持自定义事务类型（未使能时丢弃包）。

I/O端口类型

Condensed I/O ：
- 单AXI4-Stream通道发送/接收所有包类型。
Initiator/Target ：
- 分离请求与响应事务，共4个AXI4-Stream通道。

数据流协议

支持HELLO格式与SRIO Stream格式。
通道映射关系：
- s_axis_ireq* → ireq（本地请求）
- m_axis_iresp* → iresp（远程响应）
- m_axis_treq* → treq（远程请求）
- s_axis_tresp* → tresp（本地响应）

物理层（PHY）

功能：处理链路训练、初始化、协议、CRC校验、应答标识符插入。
接口：
- 通过AXI4-Stream通道连接传输层。
- AXI4-Lite接口连接配置层。
- 串行接口连接高速收发器（通常使用FPGA集成的GT接口）。

寄存器空间

能力寄存器空间（CAR）
命令和状态寄存器空间（CSR）

均在逻辑层实现。

HELLO包格式

标准化包头域，包头与数据分离传输。
Size域规则 ：
- 值 = 传输字节总数 - 1（有效范围0~255，对应实际1~256字节）。
- 需与RapidIO包的size/address/wdptr域一致。
- 因AXI4-Stream的tdata为8字节，需分情况处理：
  - 数据量 < 8字节
  - 数据量 > 8字节

SRIO事务类型及关系梳理

1. 直接I/O（DMA）事务

事务类型	特性	应用场景
NWRITE	写操作，无需响应	高效无确认数据传输
NWRITE_R	写操作，需响应	需数据完整性的场景
SWRITE	流式写（数据长度需为8B整数倍）	连续数据流（如视频）
NREAD	读操作，返回响应包+数据	读取目标地址数据

2. 消息传递事务

事务类型	特性	应用场景
DOORBELL	短消息通知（如中断触发）	轻量级事件通知
MESSAGE	长消息传输（邮箱路由）	动态通信/软件管理交互

3. 维护事务

MAINTENANCE READ/WRITE：读写配置寄存器（初始化/错误处理）。

事务对比

特性	直接I/O事务	消息传递事务
效率	高（硬件控制）	低（软件介入）
可靠性	NWRITE无确认	依赖软件处理
延迟	低	较高
典型场景	DSP与FPGA间实时通信	多处理器系统通知

事务类型对应表如下，更具体地可以见PG007开发手册P73页。

SRIO事务时序仿真

仿真步骤（Vivado 2020.1）

创建工程及SRIO IP核。
右键IP核 → "Open IP Example Design"。
运行仿真，添加request/response模块观察信号。

运行约1000us捕获事务动作。

关键事务时序

MAINTENANCE READ REQUEST
- 接收请求，无响应（val_tresp_tvalid=0）。

SWRITE请求（发送）
- val_ireq_tvalid拉高，ftype=6, ttype=0。
SWRITE请求（接收）
- response模块验证事务类型。
  
  ftype(6)和ttype(0)
NWRITE_R请求（发送）
- 请求包发送。
NWRITE_R请求（接收+响应）
- 接收请求后发送响应包，和发送的请求包一致，该事务会产生响应，在一段时间后可以看到val_tresp_tvalid拉高一个周期，发送响应包val_tresp_tdata = 64'h25d0_4000_0000_0000。
NREAD请求（发送）
- 仅包头无数据。
NREAD请求（接收）
- 接收模块返回响应包+数据。

NREAD响应（发送）
- size=8'h3f → 发送64字节数据（8个周期）。

NREAD响应（接收）
- 接收包头（val_iresp_tdata=64'h4bd8400000000000）及数据。跟在包头后面的是数据0。

自定义事务传输仿真

计划仿真NWRITE和SWRITE两种事务类型，通过FIFO实现用户层时钟到IP核跨时钟传输以及数据缓存的功能，方便用户直接使用。

移植srio_example工程

配置参数：

复制代码

parameter SIM_VERBOSE            = 1,  // 仿真详细日志
parameter VALIDATION_FEATURES    = 0,  // 关闭验证功能
parameter QUICK_STARTUP          = 1,  // 启用快速启动
parameter STATISTICS_GATHERING   = 0,  // 关闭统计功能
parameter C_LINK_WIDTH           = 4   // 4x通道