49-PCIE转网口电路设计

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PCIE转网口电路设计01_哔哩哔哩_bilibili

PCIe转网口电路设计

1、PCIE转网口电路设计基本介绍

pcie转网口的设计,一般有intel (i350)和网讯(wx1860)两种方案。

2、PCIE转网口的方案

2.1、I350

2.2、WX1860 (网迅) 国产化(★)

LRES2028PF-4SFP是深圳市联瑞电子有限公司在国产主控制器方案基础上开发的一款PCI Express V2.1 x4四光口千兆以太网网络适配器。

2.3、pcie转网口的其他方案

2.4、I350和WX1860的区别

2.4.1、网卡基本性能  
2.4.2、操作系统支持
2.4.3、其他(参考元器件手册里面的7个参数)

3、套片、桥片、PCIE switch等基本介绍

3.1、套片(不需要)

3.2、PCIE switch

3.3、桥片

3.4、CPU本身自带的PCIE接口

3.5采用PCIE设计,适用于PCI Express x1,X4,X8,X16插槽。

4、网络相关概念

4.1、TS1588

IEEE 1588的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”。

4.2、NC-SI协议

NC-SI(Network Controller Sideband Interface)是一个由分布式管理任务组(Distributed Management Task Force, DMTF)定义的用于支持服务器带外管理的边带接口网络控制器的工业标准。

4.3、EFUSE--芯片存储

可用于存储MEM repair的存储修复数据,也可用于存储芯片的信息。

4.4、DFT测试

DFT,即可测试性设计(Design for Testability, DFT)是一种集成电路设计技术

4.5、WOL功能

Wake-on-LAN简称WOL,中文译为“网络唤醒”、“远端唤醒”技术。

4.6、bypass功能

 bypass,就是可以通过特定的触发状态(断电或死机)让两个网络不通过网络安全设备的系统,而直接物理上导通。

4.7、serdes接口(序列化反序列化器)

SERDES是英文SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称。

4.8、BMC

BMC,执行伺服器远端管理控制器

4.9、DMA

DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问)

5、PCIE转网口(以WX1860)

网迅千兆以太网适配器包含四个千兆以太网端口,具有集成的硬件加速功能,能够执行TCP/UDP/IP校验和分载及TCP分段任务。

5.1、结构框图

19*19-34=327

5.2、信号定义

5.2.1、Power supply   (对应6.1)

总结:模拟3.3V & 数字3.3V、模拟1.1V & 数字1.1V

Pin

I/O

定义

VCC33_N0_EFUSE

VCC33_N1_EFUSE

VCC33_N2_EFUSE

VCC33_N3_EFUSE

VCC33_EFUSE

P

EFUSE 模拟3.3V

VCC33A_TDC

内部温度传感器模拟3.3V

VCC33A_PE_VPH

PCIe模拟3.3V

VCC33A_GIGA

VCC33A_CEN

MDI 网口模拟3.3V

VCCK_VMAIN

P

内核数字电源1.1V

VCCK_AUX

内核数字备用电源 1.1V

VCC11A_PE_VP

VCC11A_PE_VPTX0

VCC11A_PE_VPTX1

VCC11A_PE_VPTX2

VCC11A_PE_VPTX3

P

PCIe 模拟电源 1.1V

VCC11A_A10

VCC11A_CEN

MDI网口模拟 1.1V

VCC11A_PLL

PLL电源,模拟1.1V

VCC18IO_25V

P

RGMII数字IO,

目前1.8V/2.5V模式不支持,需接到3.3V

VCC3IO

RGMII、Misc数字IO 3.3V

GND

P

电源地

GND_PLL

P

PLL电源,通过磁珠单点接地

GND_TS

P

内部Thermal sensor电源,通过磁珠单点接地

5.2.2、Misc Interface   (对应6.2)

Pin

I/O

定义

prb_en

I/Down

用于调试,N/C

prb_hit

O

用于调试,N/C

prb_clkout

O

用于调试,建议加测试点

pcie_bsy

O

高有效信号,用于指示PCIe 连接上有数据传输

mng_bsy

O

高有效信号用于指示 NCSI接口上的数据传输

scan_enable

I/Down

用于DFT测试。正常模式 N/C。

test_sel

test_mode_0

test_mode_1

test_mode_2

I/Down

用于调试,N/C

jtag_sel_0

jtag_sel_1

I/Down

选择 JTAG 接口的使用模块,2’b11 把芯片JTAG 接口连接在内部CPU,其它值用于调试。

(对应6.2.5)

clk_tst_sel_0

clk_tst_sel_1

clk_tst_sel_2

clk_tst_sel_3

 I/Down

用于调试,N/C

flash_sector

I/Down

选择用于初始化的 flash sector, N/C

0-  64KB sector

1-  256KB sector

flash_bypass

I/Down

跳过 flash 初始化,用于调试,N/C

mng_det

I/UP

用于调试, N/C

sec_disable

I/Down

用于调试,N/C

use_ext_phy

I/Down

高有效信号。有效时4个网口都选择用外部 RGMII PHY,否则4个网口都用内部PHY。

(对应6.2.6)

xtal_in

xtal_out

I

O

外部无源晶振的输入,也可以直接输入25MHz 的有源时钟信号。 

输出信号用于连接外部无源晶振。

(对应6.3)

sec_mode

I/UP

用于调试, N/C

pe_rst_seq

I/Down

用于调试, N/C

pe_aux_pwr_det

I/Down

支持WoL,为高

不支持WoL,为低。

5.2.3、Internal PHY #0   #1   #2   #3  (13 X 4     对应6.4和6.6 )

Pin

I/O

定义

n0_dis_n

I/UP

网口#0 不使能信号,低有效(对应6.2.8)

n0_gphy_rset

A

网口#0参考电阻接口,通过2.49KΩ±1%接地

n0_led_0

O

LED_0, Programmable LED which indicates by default activity, active high. Blink time 20-60ms adjustable, active high/low adjustable.

n0_led_1

LED_1, Programmable LED which indicates by default a 100Mbps Link, active high.

n0_led_2

LED_2, Programmable LED which indicates by default a 1000Mbps Link, active high.

n0_mdi_p_0

n0_mdi_n_0

A

In MDI mode, this is the first pair in 1000Base-T

n0_mdi_p_1

n0_mdi_n_1

In MDI mode, this is the second pair in1000Base-T

n0_mdi_p_2

n0_mdi_n_2

In MDI mode, this is the third pair in 1000Base-T

n0_mdi_p_3

n0_mdi_n_3

In MDI mode, this is the Fourth pair in 1000Base-T

5.2.4、RGMII PHY #0   #1   #2   #3  (14 X 4     对应6.7)

Pin

I/O

定义

n0_rgmii_tx_0

n0_rgmii_tx_1

n0_rgmii_tx_2

n0_rgmii_tx_3

O

网口#0 RGMII 发送数据接口

n0_rgmii_rx_0

n0_rgmii_rx_1

n0_rgmii_rx_2

n0_rgmii_rx_3

I/O

网口#0 RGMII 发送数据接口

n0_rgmii_txc

n0_rgmii_tx_ctl

O

网口#0 RGMII 发送控制接口

n0_rgmii_rxc

n0_rgmii_rx_ctl

I

down

网口#0 RGMII 接收控制接口

n0_rgmii_mdc

O

网口#0 RGMII MDIO接口,

MDIO信号需外部上拉1.5-10Kohm电阻。

n0_rgmii_mdio

I/O

5.2.5、GPIO  (对应6.8)

Pin

I/O

Description

n0_gpio_0 [0:1]

I/O

网口#0 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

网口#0 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

n1_gpio_0 [0:1]

I/O

网口#1 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

网口#1 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

n2_gpio_0 [0:1]

I/O

网口#2 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

网口#2 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

n3_gpio_0 [0:1]

I/O

网口#3 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入网口#3 GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

mng_gpio_0

I/O

CPU GPIO 0,可用于复位输出或中断输入

mng_gpio_1

I/O

CPU GPIO 1,可用于复位输出或中断输入

5.2.6、Management Interface (对应6.9)

管理接口可以作为MII接口,外接PHY使用,也可以作为NCSI接BMC芯片使用。在连接外部mac时,SMBUS mode和NC-SI mode可以同时支持。

Pin

I/O

Description

uart_srx

I

down

片上 CPU UART 接口,用于调试,可访问 CPU内部寄存器信息。 (对应6.2.9)

uart_stx

O

mng_ic_clk

IN/OD

Up

片上 CPU I2C 接口时钟信号,该信号在任何状态下都支持,与 pe_aux_pwr_det 无关。

mng_ic_data

片上 CPU I2C 接口数据信号,该信号在任何状态下都支持,与 pe_aux_pwr_det 无关。

mng_ic_smbsus_n

I/O

Up

片上 CPU I2C 接口挂起信号

mng_ic_smbalt_n

片上 CPU I2C 接口输出中断信号

rmii_ref_clk/

ncsi_ref_clk

I

down

NC-SI Reference Clock Input – Synchronous clock  reference for receive, transmit and control interface. It is a 50MHz clock +/- 100 ppm.

rmii_csr_dv/

ncsi_ tx_en

I

down

Transmit Enable

rmii_rxd_0/

ncsi_txd_0

I

down

Transmit data signals from BMC to WX1860

rmii_rxd_1/

ncsi_txd_1

I

down

rmii_tx_en/

ncsi_csr_dv

I

down

Carrier Sense/Receive Data Valid

rmii_txd_0/

ncsi_rxd_0

O

Received data signals from WX1860 to BMC

rmii_txd_1/

ncsi_rxd_1

mii_mdc

O

MII MDIO 接口。

mii_md

I/O

5.2.7、TS1588 Pins

Pin

I/O

Description

n0_ts1588_sdp_[0:3]

I/O

网口#0 TS1588 GPIO

n1_ts1588_sdp_[0:3]

I/O

网口#1 TS1588 GPIO

n2_ts1588_sdp_[0:3]

I/O

网口#2 TS1588 GPIO

n3_ts1588_sdp_[0:3]

I/O

网口#3 TS1588 GPIO

5.2.8、PCIe Interface Signals

Pin

I/O

Description

pe_wake_n

OD

Up

PCIe WAKE# 信号,低有效,使用WOL功能时需使能此信号。

pxpor_res

I

down

复位信号输入

por_bypass

I

down

片内上电复位控制电路旁路使能,高有效。有效时,片内上电复位控制电路被旁路,片内不再产生上电复位信号,芯片的上电复位信号来自pxpor_res,此时pxpor_res作为低有效信号。

(对应6.4)

perst_n

I

PCIe PERST#信号,低有效。

pe_phy_resref

A

PCIe PHY参考电阻,200Ω接地。

pe_ref_clk_p

pe_ref_clk_n

A-in

PCIe 100MHz参考时钟,来自PCIe slot

pe_tx_p_[0:3]

pe_tx_n_[0:3]

A-out

PCIe PHY Gen2x4 差分收发信号

pe_rx_p_[0:3]

pe_rx_n_[0:3]

A-in

5.2.9、SPI Flash Interface Signals   (对应6.2.2 & 6.5)

Pin

I/O

Description

spi_clk_div_[0:2]

I

down

用于调试,不支持WOL 时默认配置011。

支持WOL 时采用000。

spi_clk

O

SPI flash 接口信号

spi_cs_n

O

spi_si

I

down

spi_so

I

5.2.10、JTAG (对应6.2.10)

Pin

I/O

Description

TCK

I

JTAG chain clock

TDI

I

JTAG chain input

TDO

O

JTAG chain output

TMS

I

JTAG chain Test mode select

TRST_n

I

JTAG Reset

(pull-up is recommended on JTAG Reset)

5.2.11、others

Pin

I/O

Description

G0_RTT

G1_RTT

G2_RTT

G3_RTT

NC

G0_OPIN_PAD

G1_OPIN_PAD

G2_OPIN_PAD

G3_OPIN_PAD

NC

Pin Description

数目(个)

Power Supply & Ground

109

Misc Interface

26

Internal PHY #0  #1 #2 #3

52

RGMII PHY #0  #1 #2 #3

56

PCIe Interface

23

SPI flash Interface

7

GPIO

10

Management Interface

15

TS1588 Pins

16

JTAG

5

6、硬件设计注意项(★)

6.1、电源设计

      6.1.1、电压及电流
      6.1.2、EFUSE模块电源说明
      6.1.3、电源时序(★)

6.2、模式配置说明(★)

6.3、时钟输入

6.4、复位设计

6.5、flash推荐

Manufacturer

Model type

兆易创新

GD25Q80C 系列

microchip

SST25VF080B 系列

Winbond

w25q80dv 系列

6.6、WX1860芯片的LED[0:2]引脚输出控制说明

6.7、光口设计PHY推荐、中断引脚说明

6.8、Wake on lan国产平台work around 方案

6.9、WX1860的NCSI连接说明

6.10、SMBUS部分设计说明

6.11、其他

7、硬件实战(★)

7.1、I350

7.2、WX1860

8、layout设计注意事项

PCI_Express

1、串接0.1uF电容尽量靠近金手指放置;

2、差分线对内等长3mil;

3、差分线对间间距3W;

4、过孔尽量不超过2个,TX和RX分别走不同层,走线尽量短一些。

WX1860布线

BGA建议过孔和线宽:0.65mm间距我们采用孔径(内径8mil,外径14mil),走线我们建议3.9mil,用3.5mil 以上的线宽就行。

MDI部分布线建议如下:

1、PHY 距离网络变压器的距离要≥25mm,以便于将PHY和网络变压器有效隔离,减少EMI干扰。

2、差分线上的共模电容用于高频衰减,共模电容靠近网络变压器摆放;

3、网络变压器两侧的差分阻抗都设置为100Ω±10%;

4、网络变压器靠近RJ45连接器摆放;

5、75Ω电阻、0.1uF电容都靠近网络变压器对应引脚;

6、网络变压器下面的地挖空;

7、MDI差分对内误差不超过5mil,4对差分对间误差不超过800mil;差分对间距要大于30mil,过孔尽可能少;

8、MDI信号到变压器和变压器到RJ45的参考地要完整,不要破坏参考地完整性。

详细内容参考视频讲解

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