Aurora 是 Xilinx(賽靈思)推出的一種高速串行接口協(xié)議，主要用于 FPGA 之間或 FPGA 與其他高速設(shè)備(如處理器、ADC/DAC、光模塊等)的高帶寬、低延遲數(shù)據(jù)傳輸。它基于 LVDS(低壓差分信號(hào))物理層，屬于 Xilinx 專有 IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán)核)，以靈活性、可配置性和高性能為核心特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、工業(yè)控制等需要高速數(shù)據(jù)交互的場(chǎng)景。

一、Aurora 接口的核心特點(diǎn)

高速率與高帶寬

Aurora 支持每通道數(shù) Gbps 到數(shù)十 Gbps的傳輸速率(具體取決于 FPGA 型號(hào)和物理層收發(fā)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 收發(fā)器)。

同時(shí)，Aurora 支持多通道綁定(1~32 通道可選)，總帶寬可輕松達(dá)到數(shù)百 Gbps(如 16 通道 ×10 Gbps=160 Gbps)。

低協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)與低延遲

Aurora 協(xié)議棧簡(jiǎn)化，僅包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，無(wú)復(fù)雜的高層協(xié)議(如 TCP/IP 的握手、重傳機(jī)制)，因此延遲極低(通常在納秒級(jí))。例如，在雷達(dá)信號(hào)處理中，可快速傳輸原始采樣數(shù)據(jù)而不引入額外延遲。

高靈活性與可配置性

通道數(shù)量：可根據(jù)需求配置 1~32 個(gè)通道(單通道或多通道并行傳輸);

數(shù)據(jù)寬度：并行側(cè)接口寬度可配置(如 32 位、64 位等)，適配 FPGA 內(nèi)部數(shù)據(jù)處理寬度;

編碼方式：支持 8B/10B(早期版本)和 64B/66B(主流版本)編碼。64B/66B 編碼效率更高(~97% vs 8B/10B 的 80%)，更適合高速場(chǎng)景;

功能選項(xiàng)：可配置是否啟用擾碼(減少電磁干擾 EMI)、CRC 校驗(yàn)(錯(cuò)誤檢測(cè))、流控制(防止接收端溢出)等。

容錯(cuò)與可靠性

支持鏈路自動(dòng)復(fù)位(鏈路異常時(shí)重建連接);

可選 CRC 校驗(yàn)(檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤);

部分配置支持軟錯(cuò)誤檢測(cè)(如單粒子翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的錯(cuò)誤)。

二、Aurora 的協(xié)議架構(gòu)

Aurora 協(xié)議棧分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，架構(gòu)簡(jiǎn)潔，適合高速場(chǎng)景：

三、典型幀結(jié)構(gòu)（以 64B/66B 編碼為例）

Aurora 64B/66B 是目前主流版本，幀結(jié)構(gòu)基于 64B/66B 編碼塊（每 66 位包含 64 位有效數(shù)據(jù) + 2 位同步頭），典型幀格式如下：

幀頭：1 個(gè) 66B 塊，標(biāo)識(shí)幀開(kāi)始（SOP）；

有效數(shù)據(jù)：n 個(gè) 66B 塊（n≥1），承載用戶數(shù)據(jù)；

幀尾：1 個(gè) 66B 塊，標(biāo)識(shí)幀結(jié)束（EOP），并包含 CRC 校驗(yàn)值（可選）。

這種結(jié)構(gòu)確保接收端能準(zhǔn)確識(shí)別數(shù)據(jù)邊界，且編碼效率高（僅 3% 額外開(kāi)銷(xiāo)）。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

Aurora 接口因高速、靈活、低延遲的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于需要高帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)景：

FPGA 間互聯(lián)：多 FPGA 協(xié)同處理（如雷達(dá)信號(hào)的分布式計(jì)算）；

FPGA 與處理器通信：FPGA 與 Zynq UltraScale + 等異構(gòu)處理器之間的高速數(shù)據(jù)交互；

高速外設(shè)連接：連接光模塊（實(shí)現(xiàn)光纖傳輸）、高速 ADC/DAC（傳輸采樣數(shù)據(jù)）；

工業(yè)與航空航天：工業(yè)控制中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信中的高速基帶信號(hào)交互。

五、與其他高速接口的對(duì)比

六、使用方式

在 Xilinx Vivado 工具中，Aurora 以 IP 核形式提供，用戶可通過(guò)圖形化界面配置參數(shù)（如通道數(shù)、速率、編碼方式、是否啟用 CRC 等），生成可直接集成到 FPGA 工程中的代碼。IP 核包含收發(fā)器封裝、幀控制器、流控制等模塊，簡(jiǎn)化了高速接口的設(shè)計(jì)難度。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，Aurora 是 Xilinx 為 FPGA 量身定制的 “高速靈活通道”，通過(guò)簡(jiǎn)化協(xié)議、優(yōu)化物理層，在高帶寬、低延遲場(chǎng)景中具有顯著優(yōu)勢(shì)，是 FPGA 高速互聯(lián)的核心方案之一。