概述

本文介紹一個FPGA開源項目：UDP千兆以太網光通信。利用SFP接口，可以通過使用SFP轉RJ45模塊或者直接使用光纖進行以太網通信。

本工程主要是圍繞“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作為以太網MAC，通過GMII接口與“1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII”IP核進行核間通信。

軟硬件平臺

軟件平臺 ：Vivado 2017.4;

硬件平臺 ：XC7Z035FFG676-2;

IP核參數配置

Tri Mode Ethernet MAC

• 該工程使用千兆速率，選擇 1Gbps ；

• 接口選擇 **Internal ** ，因為該IP核通過GMII接口與“1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII”通信，不需要產生外部物理接口；
• MAC速率選擇 1000Mbps ，與“1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII”1000BASEX通信標準匹配；
• 內部時鐘源選擇1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核提供的user clk2；
• 選擇 AXI-Lite 接口，對IP核參數進行配置；
• AXI-Lite接口時鐘同樣選擇user_clk2，即 125Mhz ；
• Shared Logic與Features保持默認即可。

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII

• Ethernet MAC選擇 Tri Mode Ethernet MAC ；

• 該IP核采用1000BASEX模式，因此將速度設為 1G ；

• 選擇 **1000BASEX **標準；

• 物理接口為 **GTX **收發器作為SFP接口；
• 時鐘源選擇GTX收發器的輸出時鐘 **TXOUTCLK ** ；
• 不使用MDIO接口配置IP核；
• 選擇自協商功能；

• Shared Logic選擇將共享邏輯包含在IP核內；

接口互聯

上述兩個IP核之間通過GMII接口進行通信，Tri Mode Ethernet MAC工作時鐘源采用1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII輸出的125Mhz的userclk2，GMII接口各信號與userclk2時鐘同步。

功能測試

該Vivado工程實現的功能為千兆以太網光纖數據回環傳輸。在電腦端通過網絡調試助手向FPGA板卡發送長度小于1472字節的數據包，FPGA收到數據后解析、緩存用戶數據，最后回傳給電腦端，數據傳輸方案如下圖所示：

其中uiudp_stack數據位寬為64bits，而Tri Mode Ethernet MAC數據位寬為8bits，因此二者之間需要插入FIFO進行數據位寬以及時鐘域轉換。

通過wireshark軟件對電腦和FPGA之間傳輸的UDP數據包進行捕獲，部分結果如下圖所示：