二十世纪六七十年代，集成电路技术取得了大幅进步，大量元件可以集成到一个小小的芯片上，因此，当时的计算机系统便开始普遍采用并行通讯处理机制。但是，随着技术进步和速度需求的提升，人们发现，并行通讯也存在很多弊端，比如码间串扰，时钟混乱，传输距离受限，传输线造价高等。

最近几年，在接口互联技术范围内，高速串行接口正在迅速取代并行拓扑结构而成为流行的接口标准。当今很多公用互连标准(如USB，PCIExpress，Serial ATA)都是基于串行传输来实现速度的跃升。串行接口技术的开发也迅速在全世界走红。

为了迎合串行高速接口技术开发的广阔前景，Xilinx公司在推出的Virtex-5 FPGA以及配套的Virtex-5 RocketIOTM GTP收发中开始支持多种协议，如SATA2．0传输协议。SATA (Serial ATA)，即串行高级技术附加装置，该协议于2001年发布，是目前主流的主机硬盘互联标准，该标准采用差分信号串行传输数据，进而解决了IDE硬盘由于串扰而导致的传输速率受限问题。2002年，Serial ATA委员会确立的Serial ATA 2．0规范可对外提供3．0Gb／s的传输速率，并支持热插拔NCO，磁盘阵列等功能。2005年，SATA2．0产品正式上市。此外，Virtex-5 Rock-etI0TM GTP收发器还可以完成内部8B／10B转换，但是，Virtex-5 RocketIOTMGTP进行8B／10B转换时，处理的目标数据以字节为单位，即并行数据接收端的最大位宽为16bit，而SATA2．0协议中定义的数据处理单位是双字(DW：Double Words)，同时，FPGA中设计的数据处理逻辑也是根据协议的要求而定义为75MHz的时钟域来进行处理，因此，在将数据交给FPGA中的数据处理主体逻辑之前，还必须进行等速率的时钟域和位宽的转换。

为此，本文在对Virtex-5 RocketIOTM GTP进行了解的基础上，针对串行高速接口开发中位宽不匹配的问题，提出了一种位宽转换方法，以解决Virtex-5 RocketI0TM GTP无法直接应用于某些串行高速接口开发的问题，并就SATA2．0接口开发中该问题的解决方案进行详细阐述。

1 SATA2．0协议数据的相关操作结构

根据SATA2．0协议规定，系统进行数据操作和传输时的基本单位是Dword (Double、word)，共计32 bit，由低有效字wordO和高有效字wordl组成，也可以看做是由byte0～byte3四个有效字节组成。其相互关系如图1所示。

原语(primitive)是主机与设备间链路层交互的载体，一般由一个带有控制字符byteO和附加字符bvtel—byte3的Dword组成，SATA2．0协议将原语的byte0称为K字符，将附加字符bytel一byte3称为D字符，由不同的K字符和D字符可以构成原语组。字符内容由8B／10B转换中的6—4分组确定。其原语组的编码如表1所列。

无论是在传输还是在操作过程中，都要保证每个Dword的正确性和完整性，否则将导致数据出错或原语流失。

另外，目前高速数据传输接口或总线常用8B／10B编码来编码，其根本目的是实现直流平衡(DC Balance)。当高速串行流的逻辑1或逻辑0有多个位没有变化时，信号的转换就会因为电压位阶的关系而造成信号错误。直流平衡的最大好处便是可以克服以上问题。8B／10B编码是目前许多高速串行总线采用的一种编码机制，如1394b、Serial ATA、PCI Express、Infini-band、Fiber Channel、RapidIO等总线或网络，都是8B／10B编码的拥护者。该编码技术的基本精神很简单，就是将8个位经过映射的机制转化为10个位的字码，但它平衡了位流中0与l的数量。

8B／10B编码是将一组连续的8位数据分解成两组数据，一组3位，一组5位，经过编码后分别构成一组4位代码和一组6位代码，从而组成一组10位的数据发送出去。相反，解码是将l组10位的输入数据经过变换得到8位数据位。其8B／10B编解码过程如图2所示。

Xilinx公司推出的Virtex-5 FPGA以及配套的Virtex-5 RocketI0TM GTP收发器只支持16bit接口位宽的数据传输，即该GTP收发器是以word为数据处理单位。由于这与SATA2．0协议的相关规定出现了偏差，因而要求在数据进入设计主体逻辑前后要进行合并以及分解。同时，FPGA中设计的数据处理逻辑是根据协议的要求而定义为75 MHz的时钟域来进行处理的，因此，在将数据交给FPGA中的数据处理主体逻辑之前，也必须进行位宽的转换。

由于GTP附带的2 bit控制字节指示信号rxcharisk可用以表征接收到了K字符，故实际的数据需要从150 MHz (16+2) bit转换为75 MHz(32+4)bit。但由于16 bit和32 bit的并行数据是主体。因此，笔者仍称之为16 bit到32 bit位宽转换和32bit到16 bit位宽转换，它们实际上都包含了指示信号，用来标示该字符是否是控制字符。