FPGA纯verilog实现JESD204B协议，基于AD9625数据接收，提供2套工程源码和技术支持

目录

• 1、前言
• • 什么是JESD204B协议？
  • 官方有Example，为何要用你这个？
  • 工程概述
  • 免责声明
• 2、相关方案推荐
• • 我已有的所有工程源码总目录----方便你快速找到自己喜欢的项目
  • [我这里已有的 GT 高速接口解决方案](#我这里已有的 GT 高速接口解决方案)
  • [我这里已有的 JESD204 高速AD接口解决方案](#我这里已有的 JESD204 高速AD接口解决方案)
• 3、工程详细设计方案
• • 工程设计原理框图
  • [JESD204B 硬件设计架构](#JESD204B 硬件设计架构)
  • 信号输入设备
  • AD9625芯片解读
  • • AD9625核心特性概览
    • AD9625数据与配置接口详解
  • [纯verilog实现的JESD204B 物理层方案](#纯verilog实现的JESD204B 物理层方案)
  • [纯verilog实现的JESD204B 数据链路层方案](#纯verilog实现的JESD204B 数据链路层方案)
  • [纯verilog实现的JESD204B 传输层方案](#纯verilog实现的JESD204B 传输层方案)
  • PL端逻辑工程源码架构
  • PS端软件工程源码架构
• 4、vivado工程源码1详解-->V7-485T版本
• 5、vivado工程源码2详解-->Zynq7045版本
• 6、工程移植说明
• • vivado版本不一致处理
  • FPGA型号不一致处理
  • 其他注意事项
• 7、上板调试验证
• • 准备工作
  • AD9625数据收发效果演示
• 8、工程代码的获取

FPGA纯verilog实现JESD204B协议，基于AD9625数据接收，提供2套工程源码和技术支持

1、前言

什么是JESD204B协议？

JESD204B是一种高速串行接口标准，专门用于连接数据转换器（ADC/DAC）和逻辑设备（如FPGA、ASIC）。它由JEDEC固态技术协会制定，是JESD204标准的修订版本；JESD204B协议通过其高速串行接口、确定性延迟和多通道同步能力，已成为现代高速数据采集系统的首选接口标准。FPGA凭借其并行处理能力、灵活性和可重构特性，在JESD204B系统实现中展现出显著优势，特别是在需要实时处理、多通道同步和定制化应用的场景中。随着5G、航空航天、医疗影像等领域的持续发展，JESD204B与FPGA的结合将继续推动高性能数字系统向更高速度、更高集成度和更智能化的方向发展。协议发展历程如下：

JESD204关键特性如下：

数据速率：最高达12.5 Gbps

通道数量：支持1-8个通道

编码方式：8B/10B编码

同步机制：支持确定性延迟

子类支持：Subclass 0, 1, 2

JESD204协议分层结构如下：

JESD204B链路建立过程如下：

JESD204B详细建立步骤如下：

步骤1：代码组同步（CGS）

步骤2：初始通道对齐（ILAS）

步骤3：用户数据传输

正常数据传输开始

持续监控链路状态

JESD204B具体应用领域

1、无线通信基础设施，如下：

应用优势：

支持大规模MIMO系统

高采样率满足5G宽带需求

多通道同步支持相控阵列

2、航空航天与国防，如下：

应用优势：

高可靠性，抗干扰能力强

支持高速数据采集和处理

适用于恶劣环境

3、医疗影像设备，如下：

应用设备：

MRI（磁共振成像）

超声成像系统

CT扫描仪

4、测试与测量仪器，如下：

FPGA实现JESD204B的优势概括

1、架构灵活性，如下：

2、主要优势对比如下：

FPGA实现JESD204B的优势详解

1、并行处理能力，如下：

优势：同时处理多个数据通道，实现真正的并行处理。

2、定制化信号处理，如下：

优势：在数据进入系统前完成预处理，降低后端处理负担。

3、低延迟设计，如下：

优势：适用于需要快速响应的实时系统。

官方有Example，为何要用你这个？

Xilinx官方的确有JESD204B IP核的Example例程；

然后呢？你看得懂吗？你会照着模仿做自己的项目吗？

如果你会，那么请划走；

如果你不会，不妨看看下面的聊天记录

这位朋友用了我的JESD204B参考工程，感觉少走了一年的弯路。。。

工程概述

本设计使用Xilinx系列FPGA为平台，基于纯verilog实现的JESD204B协议实现AD9625数据收发，旨在为读者提供一套精简版的、基于JESD204B协议的的数据收发架构；

首先在由示波器产生正弦波或者使用其他信号源输入AD9625转接板；AD9625实现模数转换后将AD数据通过FMC高速连接器发送到FPGA开发板的GT高速BANK；然后调用纯verilog实现的JESD204B物理层实现并行AD数据与高速低压差分串行数据接口的转换，并输出并行数据；然后调用纯verilog实现的JESD204B链路层实现JESD204B协议层解码功能，数据链路层由解码模块和控制模块两个部分构成；然后调用纯verilog实现的JESD204B传输层实现数据帧解析和格式转换；完成解码解码后的数据送入纯verilog实现的FIFO实现位宽转换和时钟域转换；然后数据送入纯verilog实现的DMA模块实现数据搬运，搬运到FPGA开发板板载DDR3中缓存；然后vitis软件端控制DMA读取AD数据通过串口打印或者通过IIO服务发送到上位机做后续处理；针对市场主流需求，本博客设计并提供2套工程源码，具体如下：

现对上述2套工程源码做如下解释，方便读者理解：

工程源码1

开发板FPGA型号为Xilinx--Virtex-7--xc7vx485tffg1761-2；首先在由示波器产生正弦波或者使用其他信号源输入AD9625转接板；AD9625实现模数转换后将AD数据通过FMC高速连接器发送到FPGA开发板的GT高速BANK；然后调用纯verilog实现的JESD204B物理层实现并行AD数据与高速低压差分串行数据接口的转换，并输出并行数据；然后调用纯verilog实现的JESD204B链路层实现JESD204B协议层解码功能，数据链路层由解码模块和控制模块两个部分构成；然后调用纯verilog实现的JESD204B传输层实现数据帧解析和格式转换；完成解码解码后的数据送入纯verilog实现的FIFO实现位宽转换和时钟域转换；然后数据送入纯verilog实现的DMA模块实现数据搬运，搬运到FPGA开发板板载DDR3中缓存；然后vitis软件端控制DMA读取AD数据通过串口打印或者通过IIO服务发送到上位机做后续处理；

工程源码2

开发板FPGA型号为Xilinx--Zynq-7000--xc7z045ffg900-2；首先在由示波器产生正弦波或者使用其他信号源输入AD9625转接板；AD9625实现模数转换后将AD数据通过FMC高速连接器发送到FPGA开发板的GT高速BANK；然后调用纯verilog实现的JESD204B物理层实现并行AD数据与高速低压差分串行数据接口的转换，并输出并行数据；然后调用纯verilog实现的JESD204B链路层实现JESD204B协议层解码功能，数据链路层由解码模块和控制模块两个部分构成；然后调用纯verilog实现的JESD204B传输层实现数据帧解析和格式转换；完成解码解码后的数据送入纯verilog实现的FIFO实现位宽转换和时钟域转换；然后数据送入纯verilog实现的DMA模块实现数据搬运，搬运到FPGA开发板板载DDR3中缓存；然后vitis软件端控制DMA读取AD数据通过串口打印或者通过IIO服务发送到上位机做后续处理；

本博客详细描述了FPGA纯verilog实现JESD204B协议实现AD9625数据收发的设计方案，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做学习提升，可应用于医疗、军工等行业的高速接口或图像处理领域；

提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；

工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、相关方案推荐

我已有的所有工程源码总目录----方便你快速找到自己喜欢的项目

其实一直有朋友反馈，说我的博客文章太多了，乱花渐欲迷人，自己看得一头雾水，不方便快速定位找到自己想要的项目，所以本博文置顶，列出我目前已有的所有项目，并给出总目录，每个项目的文章链接，当然，本博文实时更新。。。以下是博客地址：
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我这里已有的 GT 高速接口解决方案

我的主页有FPGA GT 高速接口专栏，该专栏有 GTP 、 GTX 、 GTH 、 GTY 等GT 资源的视频传输例程和PCIE传输例程，其中 GTP基于A7系列FPGA开发板搭建，GTX基于K7或者ZYNQ系列FPGA开发板搭建，GTH基于KU或者V7系列FPGA开发板搭建，GTY基于KU+系列FPGA开发板搭建；以下是专栏地址：
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我这里已有的 JESD204 高速AD接口解决方案

我的主页有FPGA JESD204 高速AD接口解决方案专栏，有JESD204B、JESD204C等接口解决方案，以下是专栏地址：
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3、工程详细设计方案

工程设计原理框图

工程设计原理框图如下：

JESD204B 硬件设计架构

JESD204B硬件设计实现AD9625芯片与FPGA之间的物理通道交互，基于JESD204B协议，其中AD9625采用FMC转接板形式与FPGA开发板实现物理连接，MFC的HPC接口时钟完全右MFC转接板供给，本设计采用外部时钟输入方式，你也可以采用时钟晶振方式，比如TI公司的LMK04828，多路同源时钟实现JESD204B协议的可靠运行，JESD204B硬件设计架构如下：

信号输入设备

做测试时，可采用示波器产生正弦波作为信号输入，不再赘述；

AD9625芯片解读

AD9625是Analog Devices（ADI）公司推出的一款高性能、高集成度宽带射频收发器，代表了软件定义无线电（SDR）技术的先进水平。作为AD9361的升级版本，它在带宽、集成度和性能方面都有显著提升，广泛应用于通信基础设施、航空航天和国防等领域。根据官方数据手册，AD9625内部架构如下：

AD9625核心特性概览

AD9625是ADI推出的一款高性能14位、高速模数转换器（ADC），专为宽带信号采集设计，核心特性如下：
1、分辨率与采样率

分辨率：14 位（无失码），确保信号量化精度。

最大采样率：125 MSPS（每秒百万采样点），支持宽带信号（如通信、雷达、测试测量领域的中频信号）采集。
2、动态性能

信噪比（SNR）：74 dBFS（典型值，输入频率 70 MHz，采样率 125 MSPS），量化噪声低，适合弱信号检测。

无杂散动态范围（SFDR）：90 dBc（典型值），谐波失真小，信号保真度高。

有效位数（ENOB）：12 位（典型值），实际信号采集精度接近 12 位理想 ADC。
3、输入特性

模拟输入范围：±0.5 V（峰峰值 1 V），支持单端或差分输入（通过外部配置）。

输入带宽：>800 MHz，可直接采集高频信号（如射频下变频后的中频信号）。
4、电源与功耗

电源电压：1.8 V（内核）、1.2 V（数字接口），低功耗设计，典型功耗约 195 mW（125 MSPS 时）。
5、工作模式

支持正常采样模式、PRBS（伪随机序列）测试模式（用于链路验证）、直流耦合 / 交流耦合模式，灵活适配不同场景。

AD9625数据与配置接口详解

AD9625 数据接口：JESD204B 高速串行接口

AD9625 采用JESD204B协议作为高速数据输出接口，替代传统并行接口，减少引脚数量并提升传输速率，具体特性如下：
1、协议与链路配置

JESD204B 是面向高速 ADC/DAC 的串行数据传输协议，支持多通道同步、高速率传输。

AD9625 支持1 条差分串行链路（Lane），每条 Lane 的数据速率可配置（范围：1.25 Gbps ~ 3.125 Gbps），匹配 125 MSPS 采样率时，典型 Lane 速率为 2.5 Gbps（14 位数据经 8b/10b 编码后传输）。
2、数据格式

原始采样数据为 14 位补码，经 JESD204B 编码后，以帧（Frame）和多帧（Multi-frame）结构传输。

每帧包含 1 个 14 位采样点（经 8b/10b 编码扩展为 10 位符号），多帧周期内嵌入同步信息（如 SYSREF 信号触发的帧对齐）。
3、同步机制

依赖外部SYSREF（系统参考信号） 实现多芯片同步（如多 ADC 通道相位对齐），SYSREF 为脉冲信号，需与 ADC 采样时钟（CLK）同步。

内部包含 CDR（时钟数据恢复）模块，从串行数据中恢复时钟，确保接收端（FPGA）与 ADC 的时序同步。

AD9625 配置接口：SPI 控制接口

AD9625 的工作参数（如采样率、测试模式、输入范围）通过SPI 接口配置，具体特性如下：
1、SPI 接口特性

兼容 SPI v2.1 协议，支持三线模式（SCLK、MOSI、MISO），主从架构（ADC 为从设备）。

最大时钟频率：10 MHz，支持读写操作（通过寄存器地址区分）。
2、核心配置寄存器

芯片 ID 寄存器（0x00）：固定值 0x62，用于硬件识别（程序中通过ad9625_setup函数验证）。

模式控制寄存器（0x01）：配置测试模式（如 PRBS 使能、直流偏置测试）。

时钟配置寄存器（0x03）：设置采样时钟分频（如分频系数 1/2，降低采样率）。

JESD204B 配置寄存器（0x10-0x1F）：配置 Lane 速率、编码方式（8b/10b）、帧结构参数。
3、配置流程

上电后，FPGA 通过 SPI 向 AD9625 写入配置值，步骤包括：初始化 PLL（确保采样时钟稳定）、配置 JESD204B 参数、使能数据输出，最后读取状态寄存器验证配置生效（如 PLL 锁定标志）。

纯verilog实现的JESD204B 物理层方案

JESD204B物理层采用纯verilog代码实现，注意这里的纯verilog指的是非Xilinx原语部分，里面包含了GTEX2_COMMON和GTXE2_CHANNEL（GTX为例）原语，实现JESD204B物理层，即实现并行AD数据与高速低压差分串行数据接口的转换。

纯verilog实现的JESD204B物理层方案特性如下：

1、纯verilog代码实现，适用于Xilinx 7系列、Ultrascale和Ultrascale+系列FPGA；

2、支持Xilinx系列的GTXE2、GTHE3、GTHE4、GTYE4高速收发器原语；

3、最高可支持到单Lane 32.75Gbps线速率，根据选择的GT原语类型而定；

4、与Xilinx的JESD204 PHY IP核相比，简化了高速收发器配置流程，可任意修改底层代码，缺点是需要对高速收发器底层十分了解，否则很难精准配置；

5、预留了高速收发器的COMMON、CHANNEL和Eye-Scan的DRP配置接口，并转换为AXI4-Lite接口，可通过软件实现高速收发器线速率的动态配置；

6、支持8B10和64B66B编解码协议；

纯verilog实现JESD204B物理层方案设计架构如下：

纯verilog实现JESD204B物理层方案源码架构如下：

关于这个纯verilog实现JESD204B物理层方案IP的详细配置和使用，博主专门写了一个文档并放在了资料包中，如下：

纯verilog实现的JESD204B 数据链路层方案

JESD204B数据链路层采用纯verilog代码实现，实现JESD204B数据链路层解码功能。数据链路层由解码模块和控制模块两个部分构成；

纯verilog实现的JESD204B数据链路层方案特性如下：

1、纯verilog代码实现，适用于Xilinx 7系列、Ultrascale和Ultrascale+系列FPGA；

2、支持JESD204B和JESD204C；

3、支持JESD204子类0和1；

4、确定性延迟（用于子类1操作）；

5、支持AXI4-Lite动态配置；

6、支持事件、中断；

7、8B/10B模式下的最大带宽：15 Gbps；

8、64B/66B模式下的最大带宽：32 Gbps；

9、低延迟；

10、每个独立的Lane可启用/禁用；

纯verilog实现JESD204B数据链路层方案设计架构如下：

纯verilog实现JESD204B数据链路层解码模块方案代码架构如下：

纯verilog实现JESD204B数据链路层控制模块方案代码架构如下：

关于这个纯verilog实现JESD204B链路方案IP的详细配置和使用，博主专门写了一个文档并放在了资料包中，如下：

纯verilog实现的JESD204B 传输层方案

JESD204B传输层采用纯verilog代码实现，实现JESD204B接收数据帧解析和格式转换功能。

该JESD204B传输层方案特性如下：

1、纯verilog代码实现，适用于Xilinx 7系列、Ultrascale和Ultrascale+系列FPGA；

2、支持JESD204B和JESD204C；

3、支持AXI4-Lite动态配置；

纯verilog实现JESD204B传输层方案设计架构如下：

JESD204B数据传输层负责在AD9625 JESD204B接口中进行数据格式的映射和解映射，即根据ADC芯片数据手册调整

关于这个纯verilog实现JESD204B传输层方案IP的详细配置和使用，博主专门写了一个文档并放在了资料包中，如下：

PL端逻辑工程源码架构

提供2套工程源码，以工程源码1为例，工程Block Design设计如下：

提供2套工程源码，以工程源码2为例，工程Block Design设计如下：

提供2套工程源码，以工程源码2为例，综合后的工程源码架构如下：

PS端软件工程源码架构

软件主要功能

PS端软件工程是基于AD9625 ADC芯片和JESD204B接口的FPGA裸机程序，主要实现 ADC 数据采集、配置管理及数据处理功能。具体功能如下：
1、硬件初始化与配置

初始化 SPI 接口用于 AD9625 配置

配置 GPIO 用于 SYSREF 信号控制

初始化高速收发器 (XCVR)、JESD204B 接收核心、ADC 核心和 DMA 控制器

验证 AD9625 芯片 ID 和 PLL 锁定状态
2、数据采集与测试

支持 PRBS（伪随机序列）测试，验证数据传输链路正确性

通过 DMA 将 ADC 数据从 FPGA 采集到 DDR 内存 (adc_buff 缓冲区)

可选 IIO 框架支持，用于数据交互
3、数据处理与输出

当启用 IIO_SUPPORT 时，通过 UART 接口提供 IIO 设备访问能力，可与上位机通信

无 IIO 支持时，仅完成基础配置和数据采集，不进行额外处理

软件程序流程图

程序流程图如下：

软件代码架构

PS端软件工程源码架构如下：

软件程序架构与模块作用
1、主程序模块 (ad9625_jesd204b_main.c)

程序入口，负责整体流程调度

定义硬件参数和缓冲区 (adc_buff)

协调各模块初始化顺序
2、AD9625 驱动模块 (ad9625.c/ad9625.h)

提供 SPI 读写接口，实现芯片寄存器配置

支持 AD9625 自检和测试模式切换 (如 PRBS)

验证芯片 ID 和 PLL 状态
3、JESD204B 接收模块 (axi_jesd204_rx.c)

配置 JESD204B 协议参数 (帧结构、编码方式)

监控链路状态 (锁定状态、错误信息)

管理高速串行链路的初始化和时钟配置
4、DMA 模块 (axi_dmac)

实现数据从 ADC 核心到 DDR 内存的直接传输

通过 axi_dmac_transfer_start 启动传输

支持传输完成等待和缓存刷新
5、IIO 框架支持 (可选)

通过 UART 接口提供标准 IIO 设备访问

允许上位机通过 IIO 协议读取采集数据

实现数据缓冲区与外部交互的桥梁

软件数据流向与处理说明

1、数据采集路径

2、数据处理方式

无 IIO 支持：数据仅存储在 DDR 的 adc_buff 中，程序仅完成采集后退出，不进行波形分析或显示

有 IIO 支持：通过 UART 接口向上位机提供数据访问能力，上位机可通过 IIO 客户端工具 (如 libiio) 读取数据，进行波形显示或分析

3、人机交互方式

主要通过 UART 串口通信 (当启用 IIO_SUPPORT 时)

无图形界面或本地显示功能，需依赖上位机软件进行数据可视化

支持打印调试信息到控制台 (printf/xil_printf)

4、vivado工程源码1详解-->V7-485T版本

开发板FPGA型号：Xilinx--Virtex-7--xc7vx485tffg1761-2；

FPGA开发环境：Vivado2022.2；

AD输入：AD9625；

DA输出：串口打印或串口输出到上位机；

数据交互接口：JESD204B；

JESD204B物理层方案：纯verilog实现的JESD204B物理层；

JESD204B链路层方案：纯verilog实现的JESD204B链路层；

JESD204B传输层方案：纯verilog实现的JESD204B传输层；

JESD204B使用高速收发器类型：GTH；

工程作用：让读者掌握FPGA基于JESD204B实现AD9625数据收发的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；

工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；

工程的资源消耗和功耗如下：

5、vivado工程源码2详解-->Zynq7045版本

开发板FPGA型号：Xilinx--Zynq-7000--xc7z045ffg900-2；

FPGA开发环境：Vivado2022.2；

AD输入：AD9625；

DA输出：串口打印或串口输出到上位机；

数据交互接口：JESD204B；

JESD204B物理层方案：纯verilog实现的JESD204B物理层；

JESD204B链路层方案：纯verilog实现的JESD204B链路层；

JESD204B传输层方案：纯verilog实现的JESD204B传输层；

JESD204B使用高速收发器类型：GTX；

工程作用：让读者掌握FPGA基于JESD204B实现AD9625数据收发的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；

工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；

工程的资源消耗和功耗如下：

6、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；

2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件-->另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：

更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；

2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；

3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

7、上板调试验证

准备工作

需要准备的器材如下：

AD9371子卡；

FPGA开发板；

AD9625数据收发效果演示

将AD9625子卡连接FPGA开发板的FMC-HP接口，如下：

然后打开vitis，下载程序，具体演示这里不方便展示，敬请见谅；

8、工程代码的获取

代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，

资料获取方式：文章末尾的V名片。

网盘资料如下：

此外，有很多朋友给本博主提了很多意见和建议，希望能丰富服务内容和选项，因为不同朋友的需求不一样，所以本博主还提供以下服务：