本文將詳細介紹如何在 Quartus 22.2 環境下，使用 Toolkit 和工程測試方法，對 Altera 40G Ethernet IP 進行環回測試，包括 IP 配置、管腳分配、VID 設置、編譯下載等。

環境與工具

Quartus 版本：22.2pro

測試工具：Altera FPGA Toolkit

Toolkit 測試環回

1. 40G Ethernet IP 設置

如下圖 (圖1) 所示，注意需要在 40G Ethernet IP 里勾選 NPDME 選項以確保功能正常。

圖1 在 40G Ethernet IP 設置 cloent

2. 分配管腳，設置 VID

按 Darby Creek 的原理圖，分配時鐘管腳和收發器管腳。由于使用的是 -V 器件，所以需要設置 VID。VID 相關的設置的 qsf 文件如下：

########################################################################################
#            PWR MGMT
############################################################################################
set_global_assignment -name VID_OPERATION_MODE "PMBUS MASTER"
set_global_assignment -name USE_PWRMGT_SCL SDM_IO0
set_global_assignment -name USE_PWRMGT_SDA SDM_IO12
set_global_assignment -name PWRMGT_BUS_SPEED_MODE "100 KHZ"
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE_TYPE OTHER
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE0_ADDRESS 60
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE1_ADDRESS 00
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE2_ADDRESS 00
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE3_ADDRESS 00
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE4_ADDRESS 00
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE5_ADDRESS 00
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE6_ADDRESS 00
set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE7_ADDRESS 00
set_global_assignment -name PWRMGT_VOLTAGE_OUTPUT_FORMAT "DIRECT FORMAT"
set_global_assignment -name PWRMGT_DIRECT_FORMAT_COEFFICIENT_M 1
set_global_assignment -name PWRMGT_DIRECT_FORMAT_COEFFICIENT_R 3
set_global_assignment -name PWRMGT_TRANSLATED_VOLTAGE_VALUE_UNIT VOLTS
set_global_assignment -name PWRMGT_PAGE_COMMAND_ENABLE OFF

3. 全編譯工程

完成配置后，進行全編譯以生成 sof 文件。

4. 使用 Programmer 來下載 sof 文件

通過 Quartus Programmer 工具將 sof 文件下載到 FPGA 中。

5. 打開 Toolkit

啟動 Toolkit 后，點擊界面中的“Tools > System Debugging Tools > System Console”，如下圖 (圖2) 所示：

圖2 打開 Toolkit

6. 新建收發對

在 Toolkit 內點擊下圖 (圖3) 紅框 1 處，會在紅框 2 里列出 4 對收發器。因為我們列化的是 40G IP，使用了 4 對 serdes，所以這里也顯示的是 4 對。

圖3 收發器系統顯示界面

雙擊下圖 (圖4) 紅框 1 處的“L-Tile / H-Tile Transceiver Native PHY Toolkit”，就會出現紅色框 3 中的收發器對。同時，右邊也會出現 4 對收發器的測試界面，這時就可以選擇對應的收發通道進行測試了。

圖4 選擇收發通道

7. 開始測試

首先選擇收發通道 0 進行測試，如下圖 (圖5) 所示，按紅框 1 溝通 ch0 的收發通道。

Loopback Mode 選擇：在紅框 2 處 Loopback Mode 選擇“Serial Loopback”，即 PMA 內部環回

發送數據：點擊紅框 3 處的 Start 按鈕開始發送數據

接收數據：點擊紅框 4 處的 Start 按鈕開始接收數據

圖5 測試步驟說明

8. 測試結果

從下圖 (圖6) 可以看到接收數據速率、誤碼率以及是否 Locked to data 和 ref 的狀態標志。綠色表示正常。

圖6 測試結果顯示界面

按步驟 7 再依次測試其余 3 個通道，測試結果如下圖 (圖7、圖8、圖9) 所示：

圖7 通道 1 測試結果界面

圖8 通道 2 測試結果界面

圖9 通道 3 測試結果界面

工程測試 PMA 環回

使用 Example Design 的數據產生模塊

在 Example Design 中，設置 pattern mode=10。若之前設置為 00 或者 01，則 l2_rx_error 值為 0x02，表示 CRC Error。

圖10 pattern mode 代碼修改

下圖 (圖11、圖12、圖13) 分別為 STP 抓取界面截圖。接下來需要進行接收數據驗證。接收數據與發送數據一致，狀態信號正常。

圖11 發送界面

圖12 開始界面

圖13 狀態界面

總結

本文介紹了如何在 Quartus 22.2 環境下，使用 Toolkit 和工程測試方法對 Altera 40G Ethernet IP 進行環回測試。通過配置 IP、分配管腳、設置 VID、編譯下載等測試步驟，開發者可以快速驗證 40G Ethernet IP 的功能與性能。