高速シリアル通信プロトコルSerialLite　――オープン・ソースでコンパクトなプロトコル

● 物理層

　新しいプロトコルの開発では，電気的特性が重要になります．高速トランシーバを動作させるためには，高い技術力が必要です．そして世界中の多くのユーザが問題を指摘し，それを一つ一つ解決することにより信頼性が上がっていきます．既存の標準規格には，とてもたくさんのリソースが投じられています．このように，新しい電気的仕様の策定には高い障壁が存在します．そこで，すでに策定済みの規格に合わせることが肝要です．SerialLiteの電気的特性は，IEEE 802.3aeとして規格化されているXAUIを参考にしています．唯一の違いは，通信速度に拡張性を持たせていることです（XAUIの通信速度は固定）．

　SerialLiteの物理層では，業界標準の8B/10B変換を利用しています．これは，8ビットのデータを伝送するために，10ビット・キャラクタに符号化する方式です．このエンコーダは，受信器において，受信データからクロックを再生できるように作られています．高速インターフェースでは一般的な方式であり，比較的シンプルな回路で実現できます．また，Altera社のStratix GXのようなFPGAであれば，8B/10Bのエンコーダとデコーダがあらかじめ内蔵されているので，実質的によけいなリソースを使いません．

　SerialLiteは，一つのクロックを使う同期系システムと，複数のクロックを持つシステムで，あるクロック・ドメインから別のクロック・ドメインへデータを送るようなシステムの両方に対応しています．後者の例では，クロックの誤差が300ppmあっても，データが失われない補償機能が提供されます．

　SerialLiteは，システム構成に合わせて最小の実装を選べる特徴があります．クロック補償を必要としないのであれば，そのためのオーバヘッドをなくすことができます．ほかの高速シリアル・プロトコルでは，このようなことは許容されていません．

　データ伝送が行われていない間もリンクが切れないように，アイドル伝送を行います．また，チャネルのアライメントを確かめるためのキャラクタなど，さまざまな制御キャラクタが送られます．

　リンクの使用前には初期化とトレーニングが必要です．すべてのレーンを最初に初期化しなくてはなりません．もし複数のレーンを使うのであれば，レーンをまとめ，デスキューを行う必要があります．この手順を図3に示します．

　初期化のしくみには注意深い考察がなされています．トレーニング・シーケンスを持たせたことで，シンプルで高速なスタートアップ・シーケンスを維持しながら，レーンの極性や順番を入れ替えることができます．100サイクル以内に複数のレーンのリンクが確定します．それ以外の複雑なネゴシエーションはありません．

図3　SerialLiteのリンク初期化手順