基于alterafpga的千兆以太網實現方案

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1、基于AlteraFPGA的千兆以太網實現方案1引言在系統(tǒng)設備不斷向小型化、集成化、網絡化發(fā)展的今天,嵌入式開發(fā)成為新技術發(fā)展的最前沿,改變著系統(tǒng)的整體結構oFPGA由于其自少特點,成為嵌入式開發(fā)的最佳平臺。Algra公司結介其最新一代高端器件推出了全新的嵌入式開發(fā)系統(tǒng),能夠實現軟核niosII32位處理器為核心的嵌入式開發(fā)系統(tǒng)。在CvclonelI屮,Altera集成了完整的千兆以太網硬核,硬核包括MAC模塊以及可選擇的物理層PCS模塊和PMA模塊,其中MAC模塊支持10/100/1000Mb/soAlt

2、era的SOPCBuilderT.具提供快速搭建SOPC系統(tǒng)的能力,這種架構可以包含一個或多個型,提供存儲器接口,外圍設備和系統(tǒng)互連邏輯的復雜系統(tǒng)。2千兆以太網技術簡介以太網技術是當今應用廣泛的網絡技術,千兆以太網技術繼承了以往以太網技術的許多優(yōu)點,同吋又具有諸多新特性,例如傳輸介質包括光纖和銅纜,使用8B/10B的編解碼方案,采用載波擴展和分組突發(fā)技術等。正是因為具有良好的繼承性和許多優(yōu)秀的新特性,T?兆以太網己經成為目前局域網的主流解決方案。T兆以太網利用原以太網標準所規(guī)定的全部技術規(guī)范,其屮包括CS

3、MA/CD協議、以太網幀、全雙工、流量控制以及IEEE802.3標準中所定義的管理對象。千兆以太網的關鍵技術是千兆以太網的MAC層和以太網接口的實現。隨著多媒體應用的普及,干兆以太網必然得到廣泛應用。3Altera的千兆以太網解決方案3.1IP核的支持Altera提供了可參數化的T兆以太網megacore解決方案。該方案可在Altera的ArriaGX,Cyclonell,CycloneIII系列FPGA.上工作,可配置使其包含MAC,PCS,PMA模塊中的一種或多種,配置選擇及相應的接口標準。千兆以太網

4、IP核的功能描述如下:(1)支持IEEE802.3標準。(2)10/100/1000Mb,s以太網媒體訪問控制支持半雙工和全雙工工作模式。(3)多通道MAC,支持最多24端口。(4)以太網物理層編碼子層1000BASE-X/SGMII標準的自協商。(5)接口使用方便。對于千兆以太網控制器的實現,采用表第1行的配置。吉比特級以太網媒體控制器核(GEMAC)是針對1Gb/s以人網媒體訪問控制器功能的可參數化的mcgacorc解決方案。3.2基于FPGA的千兆以太網MAC控制器實現方案3.2.1整體設計方案以太

5、網控制器的FPGA設計工作包括以太網MAC子層的FPGA設計,MAC子層與上層協議的接口設計以及MAC與物理層(PIIY)的GMII接口設計。該以太網控制器的總體結構設計框圖如圖1所示,整個系統(tǒng)分為MAC模塊,主機接口模塊和管理數據輸入輸出模塊。其中,MAC模塊主要執(zhí)行在全雙丄模式下的流量控制,MAC幀實現發(fā)送和接收功能,其主耍操作有MAC幀的封裝與解包以及錯誤檢測,直接提供了到外部物理層器件的并行數據接口,物理層處理百接利用商用千兆PIIY器件,主耍開發(fā)集中在MAC控制器的研究。圖1千兆以太網設計框圖管

6、理數據輸入輸出模塊提供了標準的IEEE802.3介質獨立接口,可用于連接以太網的璉路層和物理層。主機接口則提供以太網控制器與上層協議(如TCP/IP協議)之間的接口,用于數據的發(fā)送、接收以及對控制器內各種寄存器的設置。3.2.2接口描述整個系統(tǒng)模塊間的接口連接如圖2所示。其中,PCS和PMA分別代表物理層的物理編碼了層和物理介質接入層。系統(tǒng)端接:主機接口GMn接口■1000BASEX/SGMnPCS模塊MA塊PM模TB1接口11.25GHz串行數據10/100/1000Mb/s以太網MAC模塊圖2各模塊間

7、接口連接⑴通過Mil/GMII接口提供了與以太網物理層(PHY)設備的無縫連接。(2)吉比特模式K支持RGM11接口。(3)nJ'選擇的管理數據輸入/輸出模塊為以A網PHY提供管理信息。(4)為用戶提供基于Aalon—ST的8bit/32bit接口。(5)可選擇的集成物理介質介入模塊。3.2.3千兆以太網IP核Altera提供三態(tài)以太網MAC控制器IP核,對實現單條或多條吉比特以太網鏈路,通過交她或路山器可與任意以太網端口相連。其配置界面如圖3所示。0"維庫圖3千兆以太網IP核配置整個配置界面可將IP核配

8、置為所需模式并進行IP核參數設置,將IP核設置為千兆以太網MAC模塊,內部提供FI-FO模塊??蛇x的PCS模塊由PIIY器件提供,這個界面分為4個配置頁面,描述如下:CoreConfiguration:核配置選項,配置以太網功能模塊,是否包含PCS模塊、FIFO模塊,配置接口類型、端口數等;MACOptions:MAC配置選項,配置MAC模塊功能;FIFOOptions:FIFO存儲器選項,可設置FIFO存儲器類型以及存儲器數

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