mirror of
https://github.com/fpganinja/taxi.git
synced 2025-12-09 00:48:40 -08:00
eth: Add AXI stream 64-bit BASE-R Ethernet frame receiver module and testbench
Signed-off-by: Alex Forencich <alex@alexforencich.com>
This commit is contained in:
565
rtl/eth/taxi_axis_baser_rx_64.sv
Normal file
565
rtl/eth/taxi_axis_baser_rx_64.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,565 @@
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||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
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||||
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||||
Copyright (c) 2019-2025 FPGA Ninja, LLC
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||||
Authors:
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||||
- Alex Forencich
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*/
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||||
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`resetall
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`timescale 1ns / 1ps
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||||
`default_nettype none
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||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream 10GBASE-R frame receiver (10GBASE-R in, AXI out)
|
||||
*/
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||||
module taxi_axis_baser_rx_64 #
|
||||
(
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||||
parameter DATA_W = 64,
|
||||
parameter HDR_W = 2,
|
||||
parameter logic PTP_TS_EN = 1'b0,
|
||||
parameter logic PTP_TS_FMT_TOD = 1'b1,
|
||||
parameter PTP_TS_W = PTP_TS_FMT_TOD ? 96 : 64
|
||||
)
|
||||
(
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* 10GBASE-R encoded input
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [DATA_W-1:0] encoded_rx_data,
|
||||
input wire logic [HDR_W-1:0] encoded_rx_hdr,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Receive interface (AXI stream)
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.src m_axis_rx,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* PTP
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [PTP_TS_W-1:0] ptp_ts,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
input wire logic cfg_rx_enable,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
output wire logic [1:0] start_packet,
|
||||
output wire logic error_bad_frame,
|
||||
output wire logic error_bad_fcs,
|
||||
output wire logic rx_bad_block,
|
||||
output wire logic rx_sequence_error
|
||||
);
|
||||
|
||||
localparam KEEP_W = DATA_W/8;
|
||||
localparam USER_W = (PTP_TS_EN ? PTP_TS_W : 0) + 1;
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||||
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||||
// check configuration
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||||
if (DATA_W != 64)
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||||
$fatal(0, "Error: Interface width must be 64 (instance %m)");
|
||||
|
||||
if (KEEP_W*8 != DATA_W)
|
||||
$fatal(0, "Error: Interface requires byte (8-bit) granularity (instance %m)");
|
||||
|
||||
if (HDR_W != 2)
|
||||
$fatal(0, "Error: HDR_W must be 2 (instance %m)");
|
||||
|
||||
if (m_axis_rx.DATA_W != DATA_W)
|
||||
$fatal(0, "Error: Interface DATA_W parameter mismatch (instance %m)");
|
||||
|
||||
if (m_axis_rx.USER_W != USER_W)
|
||||
$fatal(0, "Error: Interface USER_W parameter mismatch (instance %m)");
|
||||
|
||||
localparam [7:0]
|
||||
ETH_PRE = 8'h55,
|
||||
ETH_SFD = 8'hD5;
|
||||
|
||||
localparam [7:0]
|
||||
XGMII_IDLE = 8'h07,
|
||||
XGMII_START = 8'hfb,
|
||||
XGMII_TERM = 8'hfd,
|
||||
XGMII_ERROR = 8'hfe;
|
||||
|
||||
localparam [6:0]
|
||||
CTRL_IDLE = 7'h00,
|
||||
CTRL_LPI = 7'h06,
|
||||
CTRL_ERROR = 7'h1e,
|
||||
CTRL_RES_0 = 7'h2d,
|
||||
CTRL_RES_1 = 7'h33,
|
||||
CTRL_RES_2 = 7'h4b,
|
||||
CTRL_RES_3 = 7'h55,
|
||||
CTRL_RES_4 = 7'h66,
|
||||
CTRL_RES_5 = 7'h78;
|
||||
|
||||
localparam [3:0]
|
||||
O_SEQ_OS = 4'h0,
|
||||
O_SIG_OS = 4'hf;
|
||||
|
||||
localparam [1:0]
|
||||
SYNC_DATA = 2'b10,
|
||||
SYNC_CTRL = 2'b01;
|
||||
|
||||
localparam [7:0]
|
||||
BLOCK_TYPE_CTRL = 8'h1e, // C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_OS_4 = 8'h2d, // D7 D6 D5 O4 C3 C2 C1 C0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_START_4 = 8'h33, // D7 D6 D5 C3 C2 C1 C0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_OS_START = 8'h66, // D7 D6 D5 O0 D3 D2 D1 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_OS_04 = 8'h55, // D7 D6 D5 O4 O0 D3 D2 D1 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_START_0 = 8'h78, // D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_OS_0 = 8'h4b, // C7 C6 C5 C4 O0 D3 D2 D1 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_0 = 8'h87, // C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_1 = 8'h99, // C7 C6 C5 C4 C3 C2 D0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_2 = 8'haa, // C7 C6 C5 C4 C3 D1 D0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_3 = 8'hb4, // C7 C6 C5 C4 D2 D1 D0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_4 = 8'hcc, // C7 C6 C5 D3 D2 D1 D0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_5 = 8'hd2, // C7 C6 D4 D3 D2 D1 D0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_6 = 8'he1, // C7 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BT
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_7 = 8'hff; // D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BT
|
||||
|
||||
localparam [3:0]
|
||||
INPUT_TYPE_IDLE = 4'd0,
|
||||
INPUT_TYPE_ERROR = 4'd1,
|
||||
INPUT_TYPE_START_0 = 4'd2,
|
||||
INPUT_TYPE_START_4 = 4'd3,
|
||||
INPUT_TYPE_DATA = 4'd4,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_0 = 4'd8,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_1 = 4'd9,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_2 = 4'd10,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_3 = 4'd11,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_4 = 4'd12,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_5 = 4'd13,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_6 = 4'd14,
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_7 = 4'd15;
|
||||
|
||||
localparam [1:0]
|
||||
STATE_IDLE = 2'd0,
|
||||
STATE_PAYLOAD = 2'd1,
|
||||
STATE_LAST = 2'd2;
|
||||
|
||||
logic [1:0] state_reg = STATE_IDLE, state_next;
|
||||
|
||||
// datapath control signals
|
||||
logic reset_crc;
|
||||
|
||||
logic lanes_swapped = 1'b0;
|
||||
logic [31:0] swap_data = 32'd0;
|
||||
|
||||
logic delay_type_valid = 1'b0;
|
||||
logic [3:0] delay_type = INPUT_TYPE_IDLE;
|
||||
|
||||
logic [DATA_W-1:0] input_data_d0 = '0;
|
||||
logic [DATA_W-1:0] input_data_d1 = '0;
|
||||
|
||||
logic [3:0] input_type_d0 = INPUT_TYPE_IDLE;
|
||||
logic [3:0] input_type_d1 = INPUT_TYPE_IDLE;
|
||||
|
||||
logic [DATA_W-1:0] m_axis_rx_tdata_reg = '0, m_axis_rx_tdata_next;
|
||||
logic [KEEP_W-1:0] m_axis_rx_tkeep_reg = '0, m_axis_rx_tkeep_next;
|
||||
logic m_axis_rx_tvalid_reg = 1'b0, m_axis_rx_tvalid_next;
|
||||
logic m_axis_rx_tlast_reg = 1'b0, m_axis_rx_tlast_next;
|
||||
logic m_axis_rx_tuser_reg = 1'b0, m_axis_rx_tuser_next;
|
||||
|
||||
logic [1:0] start_packet_reg = 2'b00;
|
||||
logic error_bad_frame_reg = 1'b0, error_bad_frame_next;
|
||||
logic error_bad_fcs_reg = 1'b0, error_bad_fcs_next;
|
||||
logic rx_bad_block_reg = 1'b0;
|
||||
logic rx_sequence_error_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
logic [PTP_TS_W-1:0] ptp_ts_reg = '0;
|
||||
logic [PTP_TS_W-1:0] ptp_ts_out_reg = '0, ptp_ts_out_next;
|
||||
logic [PTP_TS_W-1:0] ptp_ts_adj_reg = '0;
|
||||
logic ptp_ts_borrow_reg = '0;
|
||||
|
||||
logic [31:0] crc_state = '1;
|
||||
|
||||
wire [31:0] crc_next;
|
||||
|
||||
wire [7:0] crc_valid;
|
||||
logic [7:0] crc_valid_save;
|
||||
|
||||
assign crc_valid[7] = crc_next == ~32'h2144df1c;
|
||||
assign crc_valid[6] = crc_next == ~32'hc622f71d;
|
||||
assign crc_valid[5] = crc_next == ~32'hb1c2a1a3;
|
||||
assign crc_valid[4] = crc_next == ~32'h9d6cdf7e;
|
||||
assign crc_valid[3] = crc_next == ~32'h6522df69;
|
||||
assign crc_valid[2] = crc_next == ~32'he60914ae;
|
||||
assign crc_valid[1] = crc_next == ~32'he38a6876;
|
||||
assign crc_valid[0] = crc_next == ~32'h6b87b1ec;
|
||||
|
||||
logic [4+16-1:0] last_ts_reg = '0;
|
||||
logic [4+16-1:0] ts_inc_reg = '0;
|
||||
|
||||
assign m_axis_rx.tdata = m_axis_rx_tdata_reg;
|
||||
assign m_axis_rx.tkeep = m_axis_rx_tkeep_reg;
|
||||
assign m_axis_rx.tstrb = m_axis_rx.tkeep;
|
||||
assign m_axis_rx.tvalid = m_axis_rx_tvalid_reg;
|
||||
assign m_axis_rx.tlast = m_axis_rx_tlast_reg;
|
||||
assign m_axis_rx.tid = '0;
|
||||
assign m_axis_rx.tdest = '0;
|
||||
assign m_axis_rx.tuser[0] = m_axis_rx_tuser_reg;
|
||||
if (PTP_TS_EN) begin
|
||||
assign m_axis_rx.tuser[1 +: PTP_TS_W] = ptp_ts_out_reg;
|
||||
end
|
||||
|
||||
assign start_packet = start_packet_reg;
|
||||
assign error_bad_frame = error_bad_frame_reg;
|
||||
assign error_bad_fcs = error_bad_fcs_reg;
|
||||
assign rx_bad_block = rx_bad_block_reg;
|
||||
assign rx_sequence_error = rx_sequence_error_reg;
|
||||
|
||||
taxi_lfsr #(
|
||||
.LFSR_W(32),
|
||||
.LFSR_POLY(32'h4c11db7),
|
||||
.LFSR_GALOIS(1),
|
||||
.LFSR_FEED_FORWARD(0),
|
||||
.REVERSE(1),
|
||||
.DATA_W(64)
|
||||
)
|
||||
eth_crc (
|
||||
.data_in(input_data_d0),
|
||||
.state_in(crc_state),
|
||||
.data_out(),
|
||||
.state_out(crc_next)
|
||||
);
|
||||
|
||||
// Mask input data
|
||||
logic [DATA_W-1:0] encoded_rx_data_masked;
|
||||
|
||||
always_comb begin
|
||||
// minimal checks of control info to simplify datapath logic, full checks performed later
|
||||
encoded_rx_data_masked = encoded_rx_data;
|
||||
if (encoded_rx_hdr[0] == 0) begin
|
||||
// data
|
||||
encoded_rx_data_masked = encoded_rx_data;
|
||||
end else if (encoded_rx_data[7]) begin
|
||||
// terminate
|
||||
case (encoded_rx_data[6:4])
|
||||
3'd0: encoded_rx_data_masked = 64'd0;
|
||||
3'd1: encoded_rx_data_masked = {56'd0, encoded_rx_data[15:8]};
|
||||
3'd2: encoded_rx_data_masked = {48'd0, encoded_rx_data[23:8]};
|
||||
3'd3: encoded_rx_data_masked = {40'd0, encoded_rx_data[31:8]};
|
||||
3'd4: encoded_rx_data_masked = {32'd0, encoded_rx_data[39:8]};
|
||||
3'd5: encoded_rx_data_masked = {24'd0, encoded_rx_data[47:8]};
|
||||
3'd6: encoded_rx_data_masked = {16'd0, encoded_rx_data[55:8]};
|
||||
3'd7: encoded_rx_data_masked = {8'd0, encoded_rx_data[63:8]};
|
||||
endcase
|
||||
end else begin
|
||||
// start, OS, etc.
|
||||
encoded_rx_data_masked = encoded_rx_data;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_comb begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
reset_crc = 1'b0;
|
||||
|
||||
m_axis_rx_tdata_next = input_data_d1;
|
||||
m_axis_rx_tkeep_next = 8'd0;
|
||||
m_axis_rx_tvalid_next = 1'b0;
|
||||
m_axis_rx_tlast_next = 1'b0;
|
||||
m_axis_rx_tuser_next = m_axis_rx_tuser_reg;
|
||||
m_axis_rx_tuser_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
ptp_ts_out_next = ptp_ts_out_reg;
|
||||
|
||||
error_bad_frame_next = 1'b0;
|
||||
error_bad_fcs_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
case (state_reg)
|
||||
STATE_IDLE: begin
|
||||
// idle state - wait for packet
|
||||
reset_crc = 1'b1;
|
||||
|
||||
if (input_type_d1 == INPUT_TYPE_START_0 && cfg_rx_enable) begin
|
||||
// start condition
|
||||
reset_crc = 1'b0;
|
||||
state_next = STATE_PAYLOAD;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_PAYLOAD: begin
|
||||
// read payload
|
||||
m_axis_rx_tdata_next = input_data_d1;
|
||||
m_axis_rx_tkeep_next = 8'hff;
|
||||
m_axis_rx_tvalid_next = 1'b1;
|
||||
m_axis_rx_tlast_next = 1'b0;
|
||||
m_axis_rx_tuser_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
if (input_type_d0[3]) begin
|
||||
// INPUT_TYPE_TERM_*
|
||||
reset_crc = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (PTP_TS_EN) begin
|
||||
ptp_ts_out_next = (!PTP_TS_FMT_TOD || ptp_ts_borrow_reg) ? ptp_ts_reg : ptp_ts_adj_reg;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (input_type_d0 == INPUT_TYPE_DATA) begin
|
||||
state_next = STATE_PAYLOAD;
|
||||
end else if (input_type_d0[3]) begin
|
||||
// INPUT_TYPE_TERM_*
|
||||
if (input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_4) begin
|
||||
// end this cycle
|
||||
case (input_type_d0)
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_0: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b00001111;
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_1: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b00011111;
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_2: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b00111111;
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_3: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b01111111;
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_4: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b11111111;
|
||||
default: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b11111111;
|
||||
endcase
|
||||
m_axis_rx_tlast_next = 1'b1;
|
||||
if ((input_type_d0 == INPUT_TYPE_TERM_0 && crc_valid_save[7]) ||
|
||||
(input_type_d0 == INPUT_TYPE_TERM_1 && crc_valid[0]) ||
|
||||
(input_type_d0 == INPUT_TYPE_TERM_2 && crc_valid[1]) ||
|
||||
(input_type_d0 == INPUT_TYPE_TERM_3 && crc_valid[2]) ||
|
||||
(input_type_d0 == INPUT_TYPE_TERM_4 && crc_valid[3])) begin
|
||||
// CRC valid
|
||||
end else begin
|
||||
m_axis_rx_tuser_next = 1'b1;
|
||||
error_bad_frame_next = 1'b1;
|
||||
error_bad_fcs_next = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
// need extra cycle
|
||||
state_next = STATE_LAST;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
// control or error characters in packet
|
||||
m_axis_rx_tlast_next = 1'b1;
|
||||
m_axis_rx_tuser_next = 1'b1;
|
||||
error_bad_frame_next = 1'b1;
|
||||
reset_crc = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_LAST: begin
|
||||
// last cycle of packet
|
||||
m_axis_rx_tdata_next = input_data_d1;
|
||||
m_axis_rx_tkeep_next = 8'hff;
|
||||
m_axis_rx_tvalid_next = 1'b1;
|
||||
m_axis_rx_tlast_next = 1'b1;
|
||||
m_axis_rx_tuser_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
reset_crc = 1'b1;
|
||||
|
||||
case (input_type_d1)
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_5: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b00000001;
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_6: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b00000011;
|
||||
INPUT_TYPE_TERM_7: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b00000111;
|
||||
default: m_axis_rx_tkeep_next = 8'b00000111;
|
||||
endcase
|
||||
|
||||
if ((input_type_d1 == INPUT_TYPE_TERM_5 && crc_valid_save[4]) ||
|
||||
(input_type_d1 == INPUT_TYPE_TERM_6 && crc_valid_save[5]) ||
|
||||
(input_type_d1 == INPUT_TYPE_TERM_7 && crc_valid_save[6])) begin
|
||||
// CRC valid
|
||||
end else begin
|
||||
m_axis_rx_tuser_next = 1'b1;
|
||||
error_bad_frame_next = 1'b1;
|
||||
error_bad_fcs_next = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
default: begin
|
||||
// invalid state, return to idle
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
state_reg <= state_next;
|
||||
|
||||
m_axis_rx_tdata_reg <= m_axis_rx_tdata_next;
|
||||
m_axis_rx_tkeep_reg <= m_axis_rx_tkeep_next;
|
||||
m_axis_rx_tvalid_reg <= m_axis_rx_tvalid_next;
|
||||
m_axis_rx_tlast_reg <= m_axis_rx_tlast_next;
|
||||
m_axis_rx_tuser_reg <= m_axis_rx_tuser_next;
|
||||
|
||||
ptp_ts_out_reg <= ptp_ts_out_next;
|
||||
|
||||
start_packet_reg <= 2'b00;
|
||||
error_bad_frame_reg <= error_bad_frame_next;
|
||||
error_bad_fcs_reg <= error_bad_fcs_next;
|
||||
rx_bad_block_reg <= 1'b0;
|
||||
rx_sequence_error_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
delay_type_valid <= 1'b0;
|
||||
|
||||
swap_data <= encoded_rx_data_masked[63:32];
|
||||
|
||||
if (PTP_TS_EN && PTP_TS_FMT_TOD) begin
|
||||
// ns field rollover
|
||||
ptp_ts_adj_reg[15:0] <= ptp_ts_reg[15:0];
|
||||
{ptp_ts_borrow_reg, ptp_ts_adj_reg[45:16]} <= $signed({1'b0, ptp_ts_reg[45:16]}) - $signed(31'd1000000000);
|
||||
ptp_ts_adj_reg[47:46] <= 0;
|
||||
ptp_ts_adj_reg[95:48] <= ptp_ts_reg[95:48] + 1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (encoded_rx_hdr == SYNC_CTRL && encoded_rx_data[7:0] == BLOCK_TYPE_START_0) begin
|
||||
lanes_swapped <= 1'b0;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_START_0;
|
||||
input_data_d0 <= encoded_rx_data_masked;
|
||||
end else if (encoded_rx_hdr == SYNC_CTRL && (encoded_rx_data[7:0] == BLOCK_TYPE_START_4 || encoded_rx_data[7:0] == BLOCK_TYPE_OS_START)) begin
|
||||
lanes_swapped <= 1'b1;
|
||||
delay_type_valid <= 1'b1;
|
||||
|
||||
if (delay_type_valid) begin
|
||||
input_type_d0 <= delay_type;
|
||||
end else begin
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
input_data_d0 <= {encoded_rx_data_masked[31:0], swap_data};
|
||||
end else if (lanes_swapped) begin
|
||||
if (delay_type_valid) begin
|
||||
input_type_d0 <= delay_type;
|
||||
end else if (encoded_rx_hdr == SYNC_DATA) begin
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_DATA;
|
||||
end else if (encoded_rx_hdr == SYNC_CTRL) begin
|
||||
case (encoded_rx_data[7:0])
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_0: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_4;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_1: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_5;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_2: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_6;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_3: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_7;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_4: begin
|
||||
delay_type_valid <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_DATA;
|
||||
end
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_5: begin
|
||||
delay_type_valid <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_DATA;
|
||||
end
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_6: begin
|
||||
delay_type_valid <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_DATA;
|
||||
end
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_7: begin
|
||||
delay_type_valid <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_DATA;
|
||||
end
|
||||
default: begin
|
||||
rx_bad_block_reg <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_ERROR;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end else begin
|
||||
rx_bad_block_reg <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_ERROR;
|
||||
end
|
||||
if (delay_type_valid) begin
|
||||
// mask off trailing data
|
||||
input_data_d0 <= {32'd0, swap_data};
|
||||
end else begin
|
||||
input_data_d0 <= {encoded_rx_data_masked[31:0], swap_data};
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
if (encoded_rx_hdr == SYNC_DATA) begin
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_DATA;
|
||||
end else if (encoded_rx_hdr == SYNC_CTRL) begin
|
||||
case (encoded_rx_data[7:0])
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_0: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_0;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_1: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_1;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_2: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_2;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_3: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_3;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_4: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_4;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_5: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_5;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_6: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_6;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_7: input_type_d0 <= INPUT_TYPE_TERM_7;
|
||||
default: begin
|
||||
rx_bad_block_reg <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_ERROR;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end else begin
|
||||
rx_bad_block_reg <= 1'b1;
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_ERROR;
|
||||
end
|
||||
input_data_d0 <= encoded_rx_data_masked;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (encoded_rx_hdr == SYNC_DATA) begin
|
||||
delay_type <= INPUT_TYPE_DATA;
|
||||
end else if (encoded_rx_hdr == SYNC_CTRL) begin
|
||||
case (encoded_rx_data[7:0])
|
||||
BLOCK_TYPE_START_4: delay_type <= INPUT_TYPE_START_0;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_0: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_4;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_1: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_5;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_2: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_6;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_3: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_7;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_4: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_0;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_5: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_1;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_6: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_2;
|
||||
BLOCK_TYPE_TERM_7: delay_type <= INPUT_TYPE_TERM_3;
|
||||
default: delay_type <= INPUT_TYPE_ERROR;
|
||||
endcase
|
||||
end else begin
|
||||
delay_type <= INPUT_TYPE_ERROR;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (delay_type == INPUT_TYPE_START_0 && delay_type_valid) begin
|
||||
start_packet_reg <= 2'b10;
|
||||
if (PTP_TS_FMT_TOD) begin
|
||||
ptp_ts_reg[45:0] <= ptp_ts[45:0] + 46'(ts_inc_reg >> 1);
|
||||
ptp_ts_reg[95:48] <= ptp_ts[95:48];
|
||||
end else begin
|
||||
ptp_ts_reg <= ptp_ts + PTP_TS_W'(ts_inc_reg >> 1);
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (input_type_d0 == INPUT_TYPE_START_0) begin
|
||||
if (!lanes_swapped) begin
|
||||
start_packet_reg <= 2'b01;
|
||||
ptp_ts_reg <= ptp_ts;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
input_type_d1 <= input_type_d0;
|
||||
input_data_d1 <= input_data_d0;
|
||||
|
||||
if (reset_crc) begin
|
||||
crc_state <= '1;
|
||||
end else begin
|
||||
crc_state <= crc_next;
|
||||
end
|
||||
|
||||
crc_valid_save <= crc_valid;
|
||||
|
||||
last_ts_reg <= (4+16)'(ptp_ts);
|
||||
ts_inc_reg <= (4+16)'(ptp_ts) - last_ts_reg;
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
m_axis_rx_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
start_packet_reg <= 2'b00;
|
||||
error_bad_frame_reg <= 1'b0;
|
||||
error_bad_fcs_reg <= 1'b0;
|
||||
rx_bad_block_reg <= 1'b0;
|
||||
rx_sequence_error_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
input_type_d0 <= INPUT_TYPE_IDLE;
|
||||
input_type_d1 <= INPUT_TYPE_IDLE;
|
||||
|
||||
lanes_swapped <= 1'b0;
|
||||
|
||||
delay_type_valid <= 1'b0;
|
||||
delay_type <= INPUT_TYPE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
51
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/Makefile
Normal file
51
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/Makefile
Normal file
@@ -0,0 +1,51 @@
|
||||
# SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
#
|
||||
# Copyright (c) 2021-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
#
|
||||
# Authors:
|
||||
# - Alex Forencich
|
||||
|
||||
TOPLEVEL_LANG = verilog
|
||||
|
||||
SIM ?= verilator
|
||||
WAVES ?= 0
|
||||
|
||||
COCOTB_HDL_TIMEUNIT = 1ns
|
||||
COCOTB_HDL_TIMEPRECISION = 1ps
|
||||
|
||||
DUT = taxi_axis_baser_rx_64
|
||||
COCOTB_TEST_MODULES = test_$(DUT)
|
||||
COCOTB_TOPLEVEL = test_$(DUT)
|
||||
MODULE = $(COCOTB_TEST_MODULES)
|
||||
TOPLEVEL = $(COCOTB_TOPLEVEL)
|
||||
VERILOG_SOURCES += $(COCOTB_TOPLEVEL).sv
|
||||
VERILOG_SOURCES += ../../../rtl/eth/$(DUT).sv
|
||||
VERILOG_SOURCES += ../../../rtl/lfsr/taxi_lfsr.sv
|
||||
VERILOG_SOURCES += ../../../rtl/axis/taxi_axis_if.sv
|
||||
|
||||
# handle file list files
|
||||
process_f_file = $(call process_f_files,$(addprefix $(dir $1),$(shell cat $1)))
|
||||
process_f_files = $(foreach f,$1,$(if $(filter %.f,$f),$(call process_f_file,$f),$f))
|
||||
uniq_base = $(if $1,$(call uniq_base,$(foreach f,$1,$(if $(filter-out $(notdir $(lastword $1)),$(notdir $f)),$f,))) $(lastword $1))
|
||||
VERILOG_SOURCES := $(call uniq_base,$(call process_f_files,$(VERILOG_SOURCES)))
|
||||
|
||||
# module parameters
|
||||
export PARAM_DATA_W := 64
|
||||
export PARAM_HDR_W := 2
|
||||
export PARAM_PTP_TS_EN := 1
|
||||
export PARAM_PTP_TS_FMT_TOD := 1
|
||||
|
||||
ifeq ($(SIM), icarus)
|
||||
PLUSARGS += -fst
|
||||
|
||||
COMPILE_ARGS += $(foreach v,$(filter PARAM_%,$(.VARIABLES)),-P $(COCOTB_TOPLEVEL).$(subst PARAM_,,$(v))=$($(v)))
|
||||
else ifeq ($(SIM), verilator)
|
||||
COMPILE_ARGS += $(foreach v,$(filter PARAM_%,$(.VARIABLES)),-G$(subst PARAM_,,$(v))=$($(v)))
|
||||
|
||||
ifeq ($(WAVES), 1)
|
||||
COMPILE_ARGS += --trace-fst
|
||||
VERILATOR_TRACE = 1
|
||||
endif
|
||||
endif
|
||||
|
||||
include $(shell cocotb-config --makefiles)/Makefile.sim
|
||||
1
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/baser.py
Symbolic link
1
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/baser.py
Symbolic link
@@ -0,0 +1 @@
|
||||
../baser.py
|
||||
187
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/test_taxi_axis_baser_rx_64.py
Normal file
187
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/test_taxi_axis_baser_rx_64.py
Normal file
@@ -0,0 +1,187 @@
|
||||
#!/usr/bin/env python
|
||||
# SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
"""
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2021-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
"""
|
||||
|
||||
import itertools
|
||||
import logging
|
||||
import os
|
||||
import sys
|
||||
|
||||
import cocotb_test.simulator
|
||||
|
||||
import cocotb
|
||||
from cocotb.clock import Clock
|
||||
from cocotb.triggers import RisingEdge
|
||||
from cocotb.utils import get_time_from_sim_steps
|
||||
from cocotb.regression import TestFactory
|
||||
|
||||
from cocotbext.eth import XgmiiFrame, PtpClockSimTime
|
||||
from cocotbext.axi import AxiStreamBus, AxiStreamSink
|
||||
|
||||
try:
|
||||
from baser import BaseRSerdesSource
|
||||
except ImportError:
|
||||
# attempt import from current directory
|
||||
sys.path.insert(0, os.path.join(os.path.dirname(__file__)))
|
||||
try:
|
||||
from baser import BaseRSerdesSource
|
||||
finally:
|
||||
del sys.path[0]
|
||||
|
||||
|
||||
class TB:
|
||||
def __init__(self, dut):
|
||||
self.dut = dut
|
||||
|
||||
self.log = logging.getLogger("cocotb.tb")
|
||||
self.log.setLevel(logging.DEBUG)
|
||||
|
||||
cocotb.start_soon(Clock(dut.clk, 6.4, units="ns").start())
|
||||
|
||||
self.source = BaseRSerdesSource(dut.encoded_rx_data, dut.encoded_rx_hdr, dut.clk, scramble=False)
|
||||
self.sink = AxiStreamSink(AxiStreamBus.from_entity(dut.m_axis_rx), dut.clk, dut.rst)
|
||||
|
||||
self.ptp_clock = PtpClockSimTime(ts_tod=dut.ptp_ts, clock=dut.clk)
|
||||
|
||||
dut.cfg_rx_enable.setimmediatevalue(0)
|
||||
|
||||
async def reset(self):
|
||||
self.dut.rst.setimmediatevalue(0)
|
||||
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||
self.dut.rst.value = 1
|
||||
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||
self.dut.rst.value = 0
|
||||
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||
|
||||
|
||||
async def run_test(dut, payload_lengths=None, payload_data=None, ifg=12):
|
||||
|
||||
tb = TB(dut)
|
||||
|
||||
tb.source.ifg = ifg
|
||||
tb.dut.cfg_rx_enable.value = 1
|
||||
|
||||
await tb.reset()
|
||||
|
||||
test_frames = [payload_data(x) for x in payload_lengths()]
|
||||
tx_frames = []
|
||||
|
||||
for test_data in test_frames:
|
||||
test_frame = XgmiiFrame.from_payload(test_data, tx_complete=tx_frames.append)
|
||||
await tb.source.send(test_frame)
|
||||
|
||||
for test_data in test_frames:
|
||||
rx_frame = await tb.sink.recv()
|
||||
tx_frame = tx_frames.pop(0)
|
||||
|
||||
frame_error = rx_frame.tuser & 1
|
||||
ptp_ts = rx_frame.tuser >> 1
|
||||
ptp_ts_ns = ptp_ts / 2**16
|
||||
|
||||
tx_frame_sfd_ns = get_time_from_sim_steps(tx_frame.sim_time_sfd, "ns")
|
||||
|
||||
if tx_frame.start_lane == 4:
|
||||
# start in lane 4 reports 1 full cycle delay, so subtract half clock period
|
||||
tx_frame_sfd_ns -= 3.2
|
||||
|
||||
tb.log.info("RX frame PTP TS: %f ns", ptp_ts_ns)
|
||||
tb.log.info("TX frame SFD sim time: %f ns", tx_frame_sfd_ns)
|
||||
tb.log.info("Difference: %f ns", abs(ptp_ts_ns - tx_frame_sfd_ns))
|
||||
|
||||
assert rx_frame.tdata == test_data
|
||||
assert frame_error == 0
|
||||
assert abs(ptp_ts_ns - tx_frame_sfd_ns - 6.4) < 0.01
|
||||
|
||||
assert tb.sink.empty()
|
||||
|
||||
await RisingEdge(dut.clk)
|
||||
await RisingEdge(dut.clk)
|
||||
|
||||
|
||||
def size_list():
|
||||
return list(range(60, 128)) + [512, 1514, 9214] + [60]*10
|
||||
|
||||
|
||||
def incrementing_payload(length):
|
||||
return bytearray(itertools.islice(itertools.cycle(range(256)), length))
|
||||
|
||||
|
||||
def cycle_en():
|
||||
return itertools.cycle([0, 0, 0, 1])
|
||||
|
||||
|
||||
if cocotb.SIM_NAME:
|
||||
|
||||
factory = TestFactory(run_test)
|
||||
factory.add_option("payload_lengths", [size_list])
|
||||
factory.add_option("payload_data", [incrementing_payload])
|
||||
factory.add_option("ifg", [12, 0])
|
||||
factory.generate_tests()
|
||||
|
||||
|
||||
# cocotb-test
|
||||
|
||||
tests_dir = os.path.abspath(os.path.dirname(__file__))
|
||||
rtl_dir = os.path.abspath(os.path.join(tests_dir, '..', '..', '..', 'rtl'))
|
||||
|
||||
|
||||
def process_f_files(files):
|
||||
lst = {}
|
||||
for f in files:
|
||||
if f[-2:].lower() == '.f':
|
||||
with open(f, 'r') as fp:
|
||||
l = fp.read().split()
|
||||
for f in process_f_files([os.path.join(os.path.dirname(f), x) for x in l]):
|
||||
lst[os.path.basename(f)] = f
|
||||
else:
|
||||
lst[os.path.basename(f)] = f
|
||||
return list(lst.values())
|
||||
|
||||
|
||||
def test_taxi_axis_baser_rx_64(request):
|
||||
dut = "taxi_axis_baser_rx_64"
|
||||
module = os.path.splitext(os.path.basename(__file__))[0]
|
||||
toplevel = module
|
||||
|
||||
verilog_sources = [
|
||||
os.path.join(tests_dir, f"{toplevel}.sv"),
|
||||
os.path.join(rtl_dir, "eth", f"{dut}.sv"),
|
||||
os.path.join(rtl_dir, "lfsr", "taxi_lfsr.sv"),
|
||||
os.path.join(rtl_dir, "axis", "taxi_axis_if.sv"),
|
||||
]
|
||||
|
||||
verilog_sources = process_f_files(verilog_sources)
|
||||
|
||||
parameters = {}
|
||||
|
||||
parameters['DATA_W'] = 64
|
||||
parameters['HDR_W'] = 2
|
||||
parameters['PTP_TS_EN'] = 1
|
||||
parameters['PTP_TS_FMT_TOD'] = 1
|
||||
parameters['PTP_TS_W'] = 96 if parameters['PTP_TS_FMT_TOD'] else 64
|
||||
|
||||
extra_env = {f'PARAM_{k}': str(v) for k, v in parameters.items()}
|
||||
|
||||
sim_build = os.path.join(tests_dir, "sim_build",
|
||||
request.node.name.replace('[', '-').replace(']', ''))
|
||||
|
||||
cocotb_test.simulator.run(
|
||||
simulator="verilator",
|
||||
python_search=[tests_dir],
|
||||
verilog_sources=verilog_sources,
|
||||
toplevel=toplevel,
|
||||
module=module,
|
||||
parameters=parameters,
|
||||
sim_build=sim_build,
|
||||
extra_env=extra_env,
|
||||
)
|
||||
94
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/test_taxi_axis_baser_rx_64.sv
Normal file
94
tb/eth/taxi_axis_baser_rx_64/test_taxi_axis_baser_rx_64.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,94 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
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`timescale 1ns / 1ps
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`default_nettype none
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/*
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* AXI4-Stream 10GBASE-R frame receiver testbench
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*/
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module test_taxi_axis_baser_rx_64 #
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(
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/* verilator lint_off WIDTHTRUNC */
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||||
parameter DATA_W = 64,
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||||
parameter HDR_W = 2,
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||||
parameter logic PTP_TS_EN = 1'b0,
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||||
parameter logic PTP_TS_FMT_TOD = 1'b1,
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||||
parameter PTP_TS_W = PTP_TS_FMT_TOD ? 96 : 64
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||||
/* verilator lint_on WIDTHTRUNC */
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||||
)
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||||
();
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||||
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||||
localparam USER_W = (PTP_TS_EN ? PTP_TS_W : 0) + 1;
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logic clk;
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logic rst;
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||||
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logic [DATA_W-1:0] encoded_rx_data;
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||||
logic [HDR_W-1:0] encoded_rx_hdr;
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||||
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||||
taxi_axis_if #(.DATA_W(DATA_W), .USER_W(USER_W)) m_axis_rx();
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||||
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||||
logic [PTP_TS_W-1:0] ptp_ts;
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||||
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||||
logic cfg_rx_enable;
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||||
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||||
logic [1:0] start_packet;
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||||
logic error_bad_frame;
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||||
logic error_bad_fcs;
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||||
logic rx_bad_block;
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||||
logic rx_sequence_error;
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||||
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||||
taxi_axis_baser_rx_64 #(
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||||
.DATA_W(DATA_W),
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||||
.HDR_W(HDR_W),
|
||||
.PTP_TS_EN(PTP_TS_EN),
|
||||
.PTP_TS_FMT_TOD(PTP_TS_FMT_TOD),
|
||||
.PTP_TS_W(PTP_TS_W)
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||||
)
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||||
uut (
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||||
.clk(clk),
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||||
.rst(rst),
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||||
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/*
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* 10GBASE-R encoded input
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||||
*/
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||||
.encoded_rx_data(encoded_rx_data),
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||||
.encoded_rx_hdr(encoded_rx_hdr),
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||||
|
||||
/*
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||||
* AXI4-Stream output (source)
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||||
*/
|
||||
.m_axis_rx(m_axis_rx),
|
||||
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||||
/*
|
||||
* PTP
|
||||
*/
|
||||
.ptp_ts(ptp_ts),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
.cfg_rx_enable(cfg_rx_enable),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
.start_packet(start_packet),
|
||||
.error_bad_frame(error_bad_frame),
|
||||
.error_bad_fcs(error_bad_fcs),
|
||||
.rx_bad_block(rx_bad_block),
|
||||
.rx_sequence_error(rx_sequence_error)
|
||||
);
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||||
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||||
endmodule
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||||
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||||
`resetall
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