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Aurora接口介绍

至芯

2025-08-07

Aurora 是 Xilinx（赛灵思）推出的一种高速串行接口协议，主要用于 FPGA 之间或 FPGA 与其他高速设备（如处理器、ADC/DAC、光模块等）的高带宽、低延迟数据传输。它基于 LVDS（低压差分信号）物理层，属于 Xilinx 专有 IP（知识产权核），以灵活性、可配置性和高性能为核心特点，广泛应用于通信、雷达、工业控制等需要高速数据交互的场景。

一、Aurora 接口的核心特点

高速率与高带宽
Aurora 支持每通道数 Gbps 到数十 Gbps的传输速率（具体取决于 FPGA 型号和物理层收发器性能）。例如：

7 系列 FPGA（如 Kintex-7、Artix-7）支持最高 12.5 Gbps / 通道；
UltraScale/UltraScale + 系列（如 Zynq UltraScale+）支持最高 30 Gbps / 通道（基于 GTY 收发器）。
同时，Aurora 支持多通道绑定（1~32 通道可选），总带宽可轻松达到数百 Gbps（如 16 通道 ×10 Gbps=160 Gbps）。

低协议开销与低延迟
Aurora 协议栈简化，仅包含物理层和数据链路层，无复杂的高层协议（如 TCP/IP 的握手、重传机制），因此延迟极低（通常在纳秒级）。例如，在雷达信号处理中，可快速传输原始采样数据而不引入额外延迟。
高灵活性与可配置性

通道数量：可根据需求配置 1~32 个通道（单通道或多通道并行传输）；
数据宽度：并行侧接口宽度可配置（如 32 位、64 位等），适配 FPGA 内部数据处理宽度；
编码方式：支持 8B/10B（早期版本）和 64B/66B（主流版本）编码。64B/66B 编码效率更高（~97% vs 8B/10B 的 80%），更适合高速场景；
功能选项：可配置是否启用扰码（减少电磁干扰 EMI）、CRC 校验（错误检测）、流控制（防止接收端溢出）等。

容错与可靠性

支持链路自动复位（链路异常时重建连接）；
可选 CRC 校验（检测数据传输错误）；
部分配置支持软错误检测（如单粒子翻转导致的错误）。

二、Aurora 的协议架构

Aurora 协议栈分为物理层和数据链路层，架构简洁，适合高速场景：

层级	功能描述
物理层	基于 FPGA 的高速收发器（如 GTX、GTH、GTY），负责： - 串行化 / 解串行化（并行数据与差分信号转换）； - 时钟恢复（从接收信号中提取时钟）； - 信号完整性优化（如预加重、均衡）。
数据链路层	负责数据帧处理，包括： - 帧封装（添加帧头、帧尾，标识数据边界）； - 流控制（基于 “信用机制”，防止接收端缓冲区溢出）； - 错误检测（CRC 校验）； - 通道绑定（多通道同步，确保数据顺序）。

三、典型帧结构（以 64B/66B 编码为例）

Aurora 64B/66B 是目前主流版本，帧结构基于 64B/66B 编码块（每 66 位包含 64 位有效数据 + 2 位同步头），典型帧格式如下：

帧头
：1 个 66B 块，标识帧开始（SOP）；
有效数据
：n 个 66B 块（n≥1），承载用户数据；
帧尾
：1 个 66B 块，标识帧结束（EOP），并包含 CRC 校验值（可选）。

这种结构确保接收端能准确识别数据边界，且编码效率高（仅 3% 额外开销）。

四、应用场景

Aurora 接口因高速、灵活、低延迟的特点，广泛应用于需要高带宽数据传输的场景：

FPGA 间互联
：多 FPGA 协同处理（如雷达信号的分布式计算）；
FPGA 与处理器通信
：FPGA 与 Zynq UltraScale + 等异构处理器之间的高速数据交互；
高速外设连接
：连接光模块（实现光纤传输）、高速 ADC/DAC（传输采样数据）；
工业与航空航天
：工业控制中的实时数据传输、卫星通信中的高速基带信号交互。

五、与其他高速接口的对比

接口	特点对比
Aurora	协议简单、低延迟、可定制（通道数、速率灵活），Xilinx 专有，适合 FPGA 内部 / 近距互联。
PCIe	标准化协议（支持热插拔、多设备互联），但协议栈复杂（延迟较高），适合外设（如显卡、SSD）互联。
Ethernet	基于 TCP/IP，适合远距离传输，但协议开销大（延迟高），适合通用网络通信。
JESD204B	针对高速 ADC/DAC 的专用协议，固定帧结构，适合射频采样场景，灵活性低于 Aurora。