基于FPGA的千兆以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

李 磊，劉 宇，于 帥

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所 陜西 西安 710065）

基于FPGA的千兆以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

李 磊，劉 宇，于 帥

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所 陜西 西安 710065）

隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的工程應(yīng)用對以太網(wǎng)嵌入式設(shè)備提出了需求，因此對以太網(wǎng)MAC層數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹利用以太網(wǎng)物理層（PHY）芯片和FPGA實(shí)現(xiàn)的硬件千兆網(wǎng)模塊。其中PHY芯片作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俟?jié)點(diǎn)，處理物理層數(shù)據(jù)，而FPGA完成對MAC層數(shù)據(jù)的處理。本文研究的方法結(jié)合了FPGA的強(qiáng)大處理能力和PHY芯片的驅(qū)動(dòng)能力，比常規(guī)CPU+MAC層模塊+PHY芯片的方式有更高的效率。本文通過實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可靠性與快速性。

MAC層；PHY層；FPGA；千兆網(wǎng)

千兆以太網(wǎng)技術(shù)和如今已廣泛應(yīng)用的10 Mbps和100 Mbps技術(shù)一樣，都使用以太網(wǎng)所定義的技術(shù)規(guī)范，成熟的技術(shù)規(guī)范保證了其發(fā)展的可能性。比如:CSMA/CD協(xié)議、以太網(wǎng)幀、全雙工、流量控制以及IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中所定義的管理對象等[1]。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，千兆以太網(wǎng)技術(shù)作為一種高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，越來越多地被應(yīng)用于工程之中[2-4]。同時(shí)FPGA由于其具備成本低、資源豐富以及靈活性高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類應(yīng)用領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。FPGA廠商為其產(chǎn)品提供了許多具備專用功能的核，諸如存儲(chǔ)器、PLL、DSP核以及特定算法功能核。

使用PC平臺(tái)的千兆以太網(wǎng)設(shè)計(jì)發(fā)已十分成熟，而嵌入式芯片的性能在近年來迅速提升，基于它們的千兆以太網(wǎng)設(shè)計(jì)也正處于迅速發(fā)展階段[5]。將千兆以太網(wǎng)的MAC層操作使用硬核實(shí)現(xiàn)，可以有效提高傳輸性能，縮小電路面積。……