8b10b

Что внутри

1. Две реализации кодера и декодера 8b/10b по схемам из отчетов IBM RC 18855 и RC 23408;
2. Тестовое окружение для проверки кодеров/декодеров 8b/10b в папке qa с таблицами всех возможных комбинаций;
3. Скрипты для моделирования и синтеза в стеке от cadence'а окружения с кодером и декодером. Что используется:
   • Библиотеки от SkyWater 130nm;
   • UPF;
   • Lowpower flow;
   • MMMC flow;
   • multidomain/multilib;
   • Simple PLE flow.

Пояснения

1. Скрипты для двух различных окружений:
   1. Несколько бибилотек ячеек различной высоты (multilib);
   2. Одна библиотека ячеек (lp).
2. В окружении используются кодер и декодер из RC 23408;
3. В рамках синтеза используются некоторые ячейки промаркированные в бибилиотеках как dont_use.

Схема для синтеза

Кодер, декодер и регистры из окружения принадлежат разным доменам питания. Цель синтеза - вставка ячеек для изоляции, преобразования уровня напряжения и сохранения состояния.

Кодер

Кодер реализован по схеме из RC 23408. Состоит из двух частей:

1. Ядро (комбинационная схема с триггером для хранения текущего running disparity);
2. Обвязка из триггеров. Подразумевается что вычислительное ядро должно отключаться в целях энергосбережения.

Декодер

Декодер реализован по схеме из RC 23408. Состоит из двух частей:

1. Ядро (комбинационная схема и триггер для хранения running disparity);
2. Обвязка из триггеров. Аналогичено кодеру, ядро декодера должно отключаться в целях энергосбережения.

Варианты синтеза

Общие положения

• В кодере и декодере описаны абстрактные переключатели питания работающие по портам ENC_PS_CTRL и DEC_PS_CTRL (потому что в библиотеках sky130_fd_* нет ячеек реализующих функционал переключателей питания);
• И кодер и декодер разбиты на два домена питания:
  • aon: входит переключатель питания и обвязка из триггеров;
  • ps: входит комбинационная логика и триггер хранения running disparity.
• И в кодере и в декодере на границе между ps и aon доменами описаны рпавила вставки ячеек изоляции на случай отключения питания ядра. Включение ячеек изоляции осуществляется через порты ENC_ISO и DEC_ISO;
• Для триггеров внутри ядер кодера и декодера описано правило вставки ячейки с сохранением состояния на случай отключения питания ядра. Переход в режим хранения осуществляется по фронтам управляющих сигналов ENC_RET и DEC_RET;
• Для всех сигналов переходящих из домена в домен описаны правила вставки ячеек преобразования уровня напряжения, т.к. подразумевается что уровни в каждом домене будут отличаться.

Синтез в варианте multilib

cd <папка_с_репозиторием>
make

Иллюстрация сборки проекта с использованием lowpower + UPF + multidomain/multilib.

Для каждого домена питания используется отдельная бибилотека, т.е. каждый домен питания еще и библтотечный домен:

• окружение: sky130_fd_sc_hvl

  • подразумевается что это always on домен питания;

  • состояния домена питания:

    Название	Уровень напряжения питания (В)
    ON_5v0	5.0
    ON_3v3	3.3

  • из hvl библиотеки, помимо триггеров, берутся ячейки преобразования уровня напряжения.

• декодер: sky130_fd_sc_lp

  • состояния aon домена питания:

    Название	Уровень напряжения питания (В)
    ON_1v6	1.6
    ON_1v95	1.95

  • состояния ps домена питания:

    Название	Уровень напряжения питания (В)
    ON_1v6	1.6
    ON_1v95	1.95
    OFF	OFF

  • таблица переходов для ps домена:

    	ON_1v6	ON_1v95	OFF
    ON_1v6		☒	☑
    ON_1v95	☒		☑
    OFF	☑	☑

  • таблица состояний внутри декодера:

    Название	Состояние aon	Состояние ps
    ON_1v6	ON_1v6	ON_1v6
    ON_1v95	ON_1v95	ON_1v95
    ON_1v6_OFF	ON_1v6	OFF
    ON_1v95_OFF	ON_1v95	ON_1vOFF

• кодер: sky130_fd_sc_ls + sky130_fd_sc_lp.

  • две библиотеки потому что в ls нет триггеров с сохранением состояния;

  • состояния aon домена питания:

    Название	Уровень напряжения питания (В)
    ON_1v4	1.4
    ON_1v8	1.8

  • состояния ps домена питания:

    Название	Уровень напряжения питания (В)
    ON_1v4	1.4
    ON_1v8	1.8
    OFF	OFF

  • таблица переходов для ps домена:

    	ON_1v4	ON_1v8	OFF
    ON_1v4		☒	☑
    ON_1v8	☒		☑
    OFF	☑	☑

  • таблица состояний внутри декодера:

    Название	Состояние aon	Состояние ps
    ON_1v4	ON_1v4	ON_1v4
    ON_1v8	ON_1v8	ON_1v8
    ON_1v4_OFF	ON_1v4	OFF
    ON_1v8_OFF	ON_1v8	ON_1vOFF

Синтез в варианте lp

cd <папка_с_репозиторием>
make lp

Синтез схемы с использованием lowpower + UPF + MMMC + simple PLE.
Основная цель - иллюстрация voltage & ferquency scaling.
У всего окружения два режима работы:

Название	Уровень напряжения питания (В)	Частота тактового сигнала (МГц)	Скорость данных (Мбит)
VNOM	1.6	1.25	10
VBOOST	1.95	12.5	100

В scripts/lp/mmmc.tcl описаны все режимы и условия работы.
Состояния доменов питания:

• aon:

  Название	Уровень напряжения питания (В)
  VNOM	1.6
  VBOOST	1.95

• ps:

  Название	Уровень напряжения питания (В)
  VNOM	1.6
  VBOOST	1.95
  OFF	OFF

Таблица состояний внутри кодера и декодера:

Название	Состояние aon	Состояние ps
VNOM	VNOM	VNOM
VBOOST	VBOOST	VBOOST
VNOM_OFF	VNOM	OFF
VBOOST_OFF	VBOOST	OFF

Таблица состояний всего окружения:

Название	Состояние домена кодера	Состояние домена окружения	Состояние домена декодера
OFF_VNOM_OFF	VNOM_OFF	VNOM	VNOM_OFF
VNOM_VNOM_OFF	VNOM	VNOM	VNOM_OFF
OFF_VNOM_VNOM	VNOM_OFF	VNOM	VNOM
VNOM_VNOM_VNOM	VNOM	VNOM	VNOM
OFF_VBOOST_OFF	VBOOST_OFF	VBOOST	VBOOST_OFF
VBOOST_VBOOST_OFF	VBOOST	VBOOST	VBOOST_OFF
OFF_VBOOST_VBOOST	VBOOST_OFF	VBOOST	VBOOST
VBOOST_VBOOST_VBOOST	VBOOST	VBOOST	VBOOST

Ссылки

1. 8B/10B Encoding and Decoding for High Speed Applications (RC23408)
2. The ANSI Fibre Channel Transmission Code (RC 18855)