基于fpga光纤以太网自协商设计与实现

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn基于FPGA光纤以太网自协商的设计与实现*刘小丽，刘元安，袁东明，胡鹤飞（北京邮电大学无线通信与电磁兼容实验室，北京100876）摘要：本文在分析了千兆以太网的自协商基本过程，提出了一种基于Virtex-5XC5VFX70T中高速串行收发器GTXTransceiver的千兆以太网自协商实现方案。该方案通过Verilog编码实现，并下载到Virtex-5XC5VFX70T实验平台，与PC机进行了ARP测试。测试结果表明:无需额外的光纤以

2、太网PHY，FPGA板卡使用该自协商方案完成了与光纤以太网网卡的自协商，实现了与PC机的数据通信。关键词：自协商；FPGA；千兆以太网；光纤中图分类号：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引言随着通信技术的高速发展，以太网也经历了从10Mbps、100Mbps、1000Mbps到万兆以[1]太网以及半双工到全双工的快速发展。目前千兆以太网已经得到了广泛的应用，而万兆以太网已经开始部署，预计未来将有大规模的应用。为了支持具有不同通信模式的以太网设备的混合通信，于是提出了自协商的概念。自协商的主要功能是实现物理链路两端的设备通过交互各自的工作模式信息，自动

6、选择一种共有的最优性能的工作模式来进行通信。如果两端设备无相同的工作模式，则协商不能通过，两端设备不能正确通信。本文的主要目的是利用FPGA实现千兆以太网光接口，进而实现光千兆以太网网络数据帧的接收以及部分TCP/IP协议的分析，从而构成一个从物理层到网络协议层较为完整的以太网络接口。1光纤以太网自协商原理1.1自协商在OSI七层协议中的位置[2]与以太网电口（RJ-45）的自协商位置不同，如图1所示，光纤以太网的自协商位于OSI七层协议中物理层的PCS子层，而以太网电口的自协商位于OSI七层协

7、议中物理层的作者简介：刘小丽，(1986-)，女，硕士研究生，研究方向：网络接入.E-mail:sally.liu.bupt@gmail.com-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图1自协商在OSI七层协议中的位置PMD子层。这说明以太网电口的自协商发生在链路传输之前，可以协商速率（10M/100M/1000M），全双工方式等；而光纤以太网的自协商，必须在首先保证链路速率同步之后才可以展开协商。因此光口的自协商不能协商速率，可以协商全双工模式，状态以及是否支持流控

8、等信息。1.2光纤以太网的自协商机制自协商是指本地设备在连接初期自动向共享一条链路的对端设备发送自己的通信能力以及状态等信息，同时检测对端设备端口发过来的对端设备的通信能力以及状态等信息，然后通过比较两端的能力自动协商配置成共同最高性能的工作模式建立通信。802.3规范中千兆光口只支持1000M速率，支持全双工（Full）和半双工（Half）两种双工模式，支持流控模式。自协商功能通过向对端设备连续发送封装有/C/（configuration）码或者/I/（idle）码的[3]报文来实现。在链路初