基于FPGA的UDP千兆以太网光通信

描述

概述

本文介绍一个FPGA开源项目:UDP千兆以太网光通信。利用SFP接口,可以通过使用SFP转RJ45模块或者直接使用光纤进行以太网通信。

本工程主要是围绕“Tri Mode Ethernet MAC”IP核以及“1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII”IP核建立。其中,“Tri Mode Ethernet MAC”IP作为以太网MAC,通过GMII接口与“1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII”IP核进行核间通信。

软硬件平台

软件平台 :Vivado 2017.4;

硬件平台 :XC7Z035FFG676-2;

IP核参数配置

Tri Mode Ethernet MAC

千兆以太网

  • 该工程使用千兆速率,选择 1Gbps

千兆以太网

  • 接口选择 **Internal ** ,因为该IP核通过GMII接口与“1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII”通信,不需要产生外部物理接口;
  • MAC速率选择 1000Mbps ,与“1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII”1000BASEX通信标准匹配;
  • 内部时钟源选择1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核提供的user clk2;
  • 选择 AXI-Lite 接口,对IP核参数进行配置;
  • AXI-Lite接口时钟同样选择user_clk2,即 125Mhz
  • Shared Logic与Features保持默认即可。

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII

  • Ethernet MAC选择 Tri Mode Ethernet MAC ;

千兆以太网

  • 该IP核采用1000BASEX模式,因此将速度设为 1G

千兆以太网

  • 选择 **1000BASEX **标准;

千兆以太网

  • 物理接口为 **GTX **收发器作为SFP接口;
  • 时钟源选择GTX收发器的输出时钟 **TXOUTCLK ** ;
  • 不使用MDIO接口配置IP核;
  • 选择自协商功能;

千兆以太网

  • Shared Logic选择将共享逻辑包含在IP核内;

千兆以太网

接口互联

上述两个IP核之间通过GMII接口进行通信,Tri Mode Ethernet MAC工作时钟源采用1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII输出的125Mhz的userclk2,GMII接口各信号与userclk2时钟同步。

千兆以太网

功能测试

该Vivado工程实现的功能为千兆以太网光纤数据回环传输。在电脑端通过网络调试助手向FPGA板卡发送长度小于1472字节的数据包,FPGA收到数据后解析、缓存用户数据,最后回传给电脑端,数据传输方案如下图所示:

千兆以太网

其中uiudp_stack数据位宽为64bits,而Tri Mode Ethernet MAC数据位宽为8bits,因此二者之间需要插入FIFO进行数据位宽以及时钟域转换。

通过wireshark软件对电脑和FPGA之间传输的UDP数据包进行捕获,部分结果如下图所示:

千兆以太网

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