01
低延迟数据链路概述
什么是低延迟 · 为什么需要FPGA加速 · 典型应用场景（高频交易、5G前传、数据中心） · 课程目标与学习路径
概念场景
02
FPGA基础与开发环境
FPGA内部结构（LUT、FF、BRAM、DSP、SerDes） · 主流厂商 · Vivado/Vitis流程 · Verilog/VHDL回顾
基础工具
03
数据链路层协议基础
OSI模型回顾 · 以太网MAC帧结构 · PCS/PMA子层 · FEC原理 · 链路层时序约束
协议时序
04
高速串行收发器（SerDes）原理
SerDes架构（PLL、CDR、Serializer/Deserializer） · 预加重与均衡 · 眼图分析 · 常用速率标准
SerDes高速
05
Aurora协议详解
Aurora 8B/10B与64B/66B编码 · 通道绑定 · 时钟补偿 · 初始化与链路训练 · AXI4-Stream接口
Aurora编码
06
JESD204B协议详解
分层架构 · 确定性延迟 · 多链路同步 · SYSREF与时钟 · ADC/DAC接口设计
JESD204B同步
07
PCIe DMA引擎设计
PCIe拓扑 · TLP格式 · DMA描述符链 · Scatter-Gather DMA · MSI/MSI-X · 吞吐量优化
PCIeDMA
08
自定义MAC与PCS设计
GMII/RGMII/XGMII时序 · MAC状态机 · CRC32 · PCS编码 · 自动协商与链路建立
MACPCS
09
低延迟FIFO设计
异步FIFO深度与延迟 · 格雷码指针 · 空/满标志 · FWFT模式 · 分布式RAM vs BRAM
FIFO低延迟
10
时钟域交叉（CDC）技术
单比特同步器 · 多比特CDC（握手、异步FIFO、DMUX） · Xilinx XPM宏 · SVA断言验证
CDC同步
11
时序约束与优化
create_clock/set_input_delay/set_output_delay · 多周期路径 · 伪路径 · 时钟组 · 时序收敛策略
时序约束
12
流水线（Pipeline）设计技巧
流水线级数与延迟 · 寄存器平衡（Retiming） · 关键路径切割 · 输入/输出寄存器 · 冒险处理
流水线优化
13
并行处理与数据路径优化
位宽扩展 · 多通道并行 · 乒乓操作 · 数据重排序 · SIMD-like架构
并行数据路径
14
低延迟网络协议栈
UDP/IP卸载引擎（TOE） · ARP/ICMP · Checksum卸载 · MAC过滤 · VLAN · 最小延迟路径
网络卸载
15
RoCEv2协议实现
RoCEv2帧格式 · GRH处理 · CRC与序列号 · 拥塞控制（CNP/ECN） · 与标准以太网共存
RoCEv2RDMA
16
时间敏感网络（TSN）基础
802.1Qbv（时间感知整形） · 802.1AS（时钟同步） · 802.1Qci · 工业控制应用
TSN时间同步
17
精确时间协议（PTP）
IEEE 1588v2原理 · 时钟同步算法 · 硬件时间戳 · 透明/边界时钟 · FPGA实现要点
PTP1588
18
数据包解析与分类引擎
包头解析状态机 · TCAM实现 · 哈希查找（CRC/XXHash） · 流表匹配 · 多字段分类
解析分类
19
流量管理与调度
严格优先级（SP） · 加权轮询（WRR） · 赤字轮询（DRR） · 令牌桶 · 背压机制
调度QoS
20
错误检测与纠错（ECC）
汉明码 · Reed-Solomon · CRC32/CRC64 · BCH码 · FPGA资源与延迟分析
ECC纠错
21
硬件调试与验证
ILA · VIO · JTAG调试 · 仿真波形分析 · 覆盖率驱动验证
调试验证
22
性能评估与基准测试
延迟测量（Loopback/Time Stamper） · 吞吐量测试 · 资源利用率 · 功耗评估
性能测试
23
案例1：高频交易数据链路
市场数据接收（Multicast UDP） · 订单发送（TCP/IP） · FPGA加速策略 · 端到端延迟优化
高频交易案例
24
案例2：5G前传eCPRI链路
eCPRI协议格式 · IQ数据映射 · 分段与重组 · 同步要求 · O-RAN兼容性
5GeCPRI
25
案例3：数据中心智能网卡
NVMe over TCP卸载 · Virtio-net卸载 · 可编程流水线（P4） · 主机接口（CXL/CCIX）
智能网卡数据中心
26
案例4：雷达信号处理链路
高速ADC接口（JESD204B） · 数字下变频（DDC） · 脉冲压缩 · CFAR检测 · 数据回传
雷达信号处理
27
案例5：视频传输链路
HDMI 2.1/DisplayPort协议 · 视频流分割 · 色彩空间转换 · JPEG-XS压缩 · 低延迟传输
视频传输
28
高级主题：HLS（高层次综合）优化
C/C++到RTL转换 · 流水线/数组优化 · 接口综合 · 延迟约束 · 与手写RTL对比
HLS高级综合
29
高级主题：FPGA与CPU/GPU协同
PCIe共享内存 · OpenCL/oneAPI编程模型 · 异构计算调度 · 数据搬运优化
异构协同
30
课程总结与未来展望
低延迟技术趋势（CXL、光学互连、AI辅助设计） · 职业发展 · 学习资源 · 开源项目
总结趋势