基于fpga光纖以太網(wǎng)自協(xié)商設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、中國科技論文在線http://www.paper.edu.cn基于FPGA光纖以太網(wǎng)自協(xié)商的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*劉小麗,劉元安,袁東明,胡鶴飛(北京郵電大學(xué)無線通信與電磁兼容實(shí)驗(yàn)室,北京100876)摘要:本文在分析了千兆以太網(wǎng)的自協(xié)商基本過程,提出了一種基于Virtex-5XC5VFX70T中高速串行收發(fā)器GTXTransceiver的千兆以太網(wǎng)自協(xié)商實(shí)現(xiàn)方案。該方案通過Verilog編碼實(shí)現(xiàn),并下載到Virtex-5XC5VFX70T實(shí)驗(yàn)平臺,與PC機(jī)進(jìn)行了ARP測試。測試結(jié)果表明:無需額外的光纖以

2、太網(wǎng)PHY,F(xiàn)PGA板卡使用該自協(xié)商方案完成了與光纖以太網(wǎng)網(wǎng)卡的自協(xié)商,實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信。關(guān)鍵詞:自協(xié)商;FPGA;千兆以太網(wǎng);光纖中圖分類號:TP393.11ThedesignandimplementionofFiberEthernetAuto-negotiationbasedonFPGALiuXiaoli,LiuYuanan,YuanDongming,HuHefei(WirelessCommunications&EMCLaboratoryofBUPT,Beijing100876)Ab

3、stract:Thispaperanalyzedthebasicauto-negotiationprocessoftheGigabitEthernet,andanimplementionmodelbasedonthehigh-speedserialtransceiversGTXofVirtex-5XC5VFX70Thasbeenproposed.ThisproposalhasbeenimplementedbyVerilogCodinganddownloadedtotheVirtex-5XC5VF

4、X70TevaluationplatformtoconducttheARPcertificationwithPC.Theresultsshowthat,withoutextraFiberEthernetPHY,FPGAboardwiththeprogramcompletedtheauto-negotiationwiththeGigabitEthernetopticalnetworkcardandtheelectronicnetworkcard,andachieveddatacommunicati

5、onwiththePC.Keywords:Auto-negotiation;FPGA;GigabitEthernet;Fiber0引言隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展,以太網(wǎng)也經(jīng)歷了從10Mbps、100Mbps、1000Mbps到萬兆以[1]太網(wǎng)以及半雙工到全雙工的快速發(fā)展。目前千兆以太網(wǎng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,而萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)開始部署,預(yù)計(jì)未來將有大規(guī)模的應(yīng)用。為了支持具有不同通信模式的以太網(wǎng)設(shè)備的混合通信,于是提出了自協(xié)商的概念。自協(xié)商的主要功能是實(shí)現(xiàn)物理鏈路兩端的設(shè)備通過交互各自的工作模式信息,自動

6、選擇一種共有的最優(yōu)性能的工作模式來進(jìn)行通信。如果兩端設(shè)備無相同的工作模式,則協(xié)商不能通過,兩端設(shè)備不能正確通信。本文的主要目的是利用FPGA實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)光接口,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光千兆以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀的接收以及部分TCP/IP協(xié)議的分析,從而構(gòu)成一個從物理層到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層較為完整的以太網(wǎng)絡(luò)接口。1光纖以太網(wǎng)自協(xié)商原理1.1自協(xié)商在OSI七層協(xié)議中的位置[2]與以太網(wǎng)電口(RJ-45)的自協(xié)商位置不同,如圖1所示,光纖以太網(wǎng)的自協(xié)商位于OSI七層協(xié)議中物理層的PCS子層,而以太網(wǎng)電口的自協(xié)商位于OSI七層協(xié)

7、議中物理層的作者簡介:劉小麗,(1986-),女,碩士研究生,研究方向:網(wǎng)絡(luò)接入.E-mail:sally.liu.bupt@gmail.com-1-中國科技論文在線http://www.paper.edu.cn圖1自協(xié)商在OSI七層協(xié)議中的位置PMD子層。這說明以太網(wǎng)電口的自協(xié)商發(fā)生在鏈路傳輸之前,可以協(xié)商速率(10M/100M/1000M),全雙工方式等;而光纖以太網(wǎng)的自協(xié)商,必須在首先保證鏈路速率同步之后才可以展開協(xié)商。因此光口的自協(xié)商不能協(xié)商速率,可以協(xié)商全雙工模式,狀態(tài)以及是否支持流控

8、等信息。1.2光纖以太網(wǎng)的自協(xié)商機(jī)制自協(xié)商是指本地設(shè)備在連接初期自動向共享一條鏈路的對端設(shè)備發(fā)送自己的通信能力以及狀態(tài)等信息,同時檢測對端設(shè)備端口發(fā)過來的對端設(shè)備的通信能力以及狀態(tài)等信息,然后通過比較兩端的能力自動協(xié)商配置成共同最高性能的工作模式建立通信。802.3規(guī)范中千兆光口只支持1000M速率,支持全雙工(Full)和半雙工(Half)兩種雙工模式,支持流控模式。自協(xié)商功能通過向?qū)Χ嗽O(shè)備連續(xù)發(fā)送封裝有/C/(configuration)碼或者/I/(idle)碼的[3]報文來實(shí)現(xiàn)。在鏈路初

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