1 數據傳輸層

數據傳輸層的主要功能將AD轉換器采樣的數據映射成8bit位寬的字節數據，并且根據應用的情況不同，分為4中情況：

一個AD轉換器內的單個轉換單元對應一條數據傳輸通道

一個AD轉換器內的多個轉換單元對應一條數據傳輸通道

一個AD轉換器內的單個轉換單元對應多個數據傳輸通道

一個AD轉換器內的多個轉換單元對應多個數據傳輸通道
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系統可能存在多個AD轉換同時連接在一個傳輸系統中，但是對于其內部的數據的映射方式來說，是相對獨立的，并且各個AD轉換器內部的映射與上述的4中描述方式保持一致。

每一個AD轉換器轉換的數據結果會被映射成一個F個字節的數據幀，在許多應用中，frame clock的時鐘頻率會與sample clock 的時鐘頻率保持一致，但是同時JESD204允許AD轉換器工作在過采樣的狀態下，S表示AD轉換器過采樣的系數，S必須為整數，如S為2時，表示AD工作在2倍的過采樣頻率上，在這種情況下，AD采樣的2次的數據將映射到同一幀上。

設定每次AD轉換的數據精度為N，如14bit轉換精度的AD，N的值將會設定為14。

為了更精確的表示傳輸結果，會加入一些附加的信息，稱為控制位（controlbit），控制位表示的具體意義系統設計者自己定，如控制位可以表示該次轉換是否正常。

除了control bit，還有一種稱為tail bit，該tail bit主要完成兩個功能：

第一、在轉換的數據無法整合為整數的數據幀時，用tail bit作為補充，如轉換器的精度為13bit，控制位長度為1bit時，映射14bit的數據到2個字節的數據幀，會有2bit的余量，此時將用tailbit作為補充。

第二、 該tail bit可以根據數據的內0和1的個數，來控制數據幀的整體的極性，以保持數據幀的直流平衡，也就是可以讓數據幀中0和1的個數保持一致。

根據上述描述的系統數據傳輸的拓撲結構，數據映射可以分為以下幾個形式。

1.1 單數據通道映射

在這種模式下，AD轉換器中的一個或多個數據轉換單元的數據將映射到一個數據數據通道中，具體的映射規則描述如下。

1.1.1 正常采樣的數據映射
本小節描述的是AD在沒有過采樣的情況下數據的映射方式。一個AD轉換器可以包含M個數據轉換單元，其實就是表示AD轉球器可以包含M個數據轉換通道，如圖10所示，圖中所有的數據都是從0開始計數，其中MSB表示數據的最高位，LSB表示數據的最低位，具體的數據映射規則如下：

采樣的數據將線性的從數據采樣單元0、單元1的順序進行數據的映射。

數據采樣的結果將先映射為word，也就是16bit的位寬，當采樣的數據沒有control bit時，采樣的數據將直接擴展為16bit，當采樣器有有效的control bit時，映射分為兩種情況：

1、 每次采樣數據的control bit映射對應采樣數據的最低位以后。

2、 采樣數據直接映射為16bit的word，而所有的control bit單獨的映射成一個控制字，控制的字的第一bit對應的就是轉換單元converter0的controlbit，如此類推。

CF表示數據幀中controlword的個數，在單傳輸通道的情況下，CF的值可以為0或者1，而數據幀中word的個數將表示為：M+CF。

當一個word中有效的bit位數不是4的倍數時，用tail bit進行補充，補充完成的數據如圖10所示，被稱為“NG“，當然這個步驟在系統對傳輸效率要求很好的情況下也可以跳過。一個轉換word中，N’表示word中的有效數據的長度，同時N’是4的倍數，也就是說N’可以是4、8、12、16。而當N’的值大于N時，大于部分的值由controlbit或者tail bit補充。

注意：

在CF=0時，也就是說controlbit與sample data組合在同一個word中時，tail bit不會出現在sample data 和control bit中間，但是可以連接在control bit后面，也就是說word在映射是，順序是sample data 、control bit、tail bit。

在CF=1時，sample data和control bit 將在不同的數據中，在這種情況下，sample data在映射時，他后面是可以直接連接 tail bit的。

Tail bit必須保證在映射完后，數據幀的長度是8bit的倍數，也就是保證幀長是整數個字節。

上述映射完的數據幀將被分解為F個octet傳輸到數據鏈路層。

圖10：正常采樣數據的映射

圖11展示了兩種不同的數據映射方式，一種是JESD204 2006年的協議版本，一種是2011年6月的版本。在2006年的版本中，tail bit只能出現在每一幀的結尾，而在2011年的版本中，tail bit可以出現在一個sample data的后面，圖11便是兩種協議下的數據映射方式。

圖11：不同協議版本的數據映射對比

圖12的例子是control bit單獨放在一個word中的映射情況。

圖12：control bit單獨放置的映射示意圖

1.1.2 過采樣的數據映射
在過采樣的情形下，數據的映射與沒有過采樣是的數據映射是相識的，如圖12所示，圖中參數S表示在AD過采樣的系數。

圖12：過采樣數據映射

圖13是一個4x12bit數據精度的AD在2被過采樣情況下的數據映射圖。

圖13：過采樣數據映射示意圖

1.1.3 多數據通道的數據映射
如果系統連接了L條數據通路，每一個數據通路sample data的映射是相同的，但是，在最后一步時，LxF個octet會線性的分布到每一個數據通道中，其映射的方式如圖14所示。

圖14：多數據通道的數據映射

相對于單個數據通道的情況，多通道的數據映射需要注意以下幾點：

參數HD控制單一的采樣數據是否通過多數據通道進行傳輸。在HD=0時，在有效數據不能構成完整數據幀時，可以用tail bit進行數據填充，而當HD=1時，采樣數據將會被拆分到其他數據通道中。

參數CF表示control word的個數，控制那個數據通道將傳輸control word。CF=0表示沒有control word。

圖15：沒有控制字的多數據通道的數據映射

圖15展示了16x（11+2）-bit的采樣數據的映射情況，M=16表示16個轉換單元，N=11表示數據轉換精度，CS=2表示2bit的control bit。在沒有單獨控制字的情況下，每一次轉換的數據將由11bit的采樣數據和2bit的控制數據組成13bit的采樣數據。所以在每一個word中，需要加入3bit的tail bit來保證N’是4的倍數。

圖16：包含單控制字的多數據通道的數據映射

圖16中，所有的control bit都組合到單獨的控制字中，在這個情況下，數據傳輸效率大大的提升，數據幀的幀周期由32個減少到了28個。這種情況下，可以節約一個數據傳輸通道。但是這種方式也一定的缺陷，在圖15的傳輸方式中，如果想單獨傳輸轉換器0的數據只需要啟動數據傳輸通道0即可，而在圖16的映射方式中，單獨轉換器0的數據將需要啟動數據通道0、1和6。

圖17：包含兩個控制字的多數據通道的數據映射

圖17中，所有的control bit都組合到2個的控制字中，在這個情況下，并沒有節約數據傳輸通道。但是通道中有剩余的用于其他的采樣數據。

1.2 SystemC中數據傳輸層的設計

對于此次的SystemC的模型，主要針對的設計目標是AD9250，所以在設計中，是根據AD9250的數據映射方式來完成該部分的設計。參考AD9250的數據手冊可以得到以下的信息。

S：過采樣的系數，AD9250中過采樣系數S值恒為1，表示AD9250不支持過采樣。

M：轉換單元個2，默認M=2，表示AD內兩個轉換通道同時工作，也可以設定為1。

L：數據傳輸通道的個數，表示有2個數據傳輸通道，可以設定為1或者2。

N：數字轉換精度 N=14。

N’：有效采樣的數據長度，N’=16。

CF：控制字的個數，AD9250中CF=0，表示沒有控制字

CS：control bit個數，AD9250中可以設置，范圍為0:2。

K：multiframe中frame的個數，用戶設置

HD：高密度傳輸，HD=0。

F：表示一幀中otect的個數，在數據傳輸通道L=1，M=2時，F=4，當L=2，M==2時，F=2。

C：control bit，表示control bit的具體意義，可以是4種情況：overrange、overflow、underflow、available。

T：tail bit

SCR：scrambler 使能

FCHK：自動計算和存儲JESD204B的參數值

圖18：AD9250的傳輸層映射圖

如圖18所示，AD9250內的包含2個轉換單元（通道），2個Lane（轉換通道）。根據參數設定，拓撲結構可以分為4種情況：

AD轉換器內的1個轉換單元對應1條數據傳輸通道

AD轉換器內的2個轉換單元對應1條數據傳輸通道

AD轉換器內的1個轉換單元對應2個數據傳輸通道

AD轉換器內的2個轉換單元對應2個數據傳輸通道

如上表所示，在不同的結構關系下，參數的值是固定的。

圖19：AD9250的數據映射圖

上圖為數據設計的仿真圖，a_stream_out/b_stream_out為AD采樣輸出的14bit數據，a_lane_Frame_Data/b_Lane_Data為加入tail bit后輸出的幀數據。