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采用Virtex-5嵌入式三模以太网MAC进行设计

作者:Nick McKay Xilinx公司高级设计工程师?? 2007年05月20日 ?? 收藏0

  以太网是一个占据绝对优势的固线连接标准。Xilinx? Virtex?-5 以太网媒体接入控制器(以太网MAC)模块提供了专用的以太网功能,它和 Virtex-5 RocketIO? GTP收发器以及 SelectIO? 技术相结合,能够让用户与各种网络设备进行连接。在Virtex-5器件中,以太网MAC模块作为一个硬件块集成在FPGA内部。

  在Xilinx设计环境中,以太网MAC是一个库原语,名为TEMAC。该原语包括一对10/100/1000 Mbps的以太网MAC。每个Virtex-5 LXT器件含有四个以太网 MAC模块;因此,一个Virtex-5 LXT设计能够融合两个TEMAC原语。利用标准的Xilinx产品,您可以建立一系列度身定制的数据包处理和网络端点产品。Xilinx还提供了一种超频模式,它能够使底板的连接速率高达2,000 Mbps。

  基于Virtex-4 FX 以太网 MAC,Xilinx开发出了Virtex-5 以太网 MAC,较之前者,后者在全局时钟使用、串行接口的灵活性以及软件控制复杂度方面都有了

较大的改进。

  本文将介绍Virtex-5 器件中的以太网 MAC模块的功能集,同时描述Virtex-5 和Virtex-4 FX 以太网 MAC之间的区别,指出一些潜在的应用,探索如何使用标准的Xilinx工具将以太网MAC融入用户的设计。

  支持的接口

  Virtex-5 以太网 MAC完全符合IEEE802.3规范。图1 显示了一个以太网 MAC的模块结构图。

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Virtex-5以太网MAC的模块结构图

  图1:Virtex-5以太网MAC的模块结构图

  物理接口

  您可以单独配置每个以太网 MAC的物理接口,使其作为五种不同的以太网接口中的一种进行工作。

  媒体独立接口(MII),吉比特媒体独立接口(GMII)和简化的吉比特媒体独立接口(RGMII)是并行接口。它们通常连接到一个外部物理层(PHY)芯片以提供速率为 10/100/1000 Mbps 的BASE-T功能。同时它还支持速率为 10/100 Mbps的半双工操作以及各种速率条件下的全双工操作。

  串行吉比特媒体独立接口和1000 BASE-X是串行接口,它们使用以太网 MAC中的物理编码子层(PCS)和物理媒体接入子层(PMA)部分。它们连接到Virtex-5 RocketIO GTP串行收发器。当与并行接口一起使用时,SGMII提供了速率为10/100/1000 Mbps的全双工BASE-T功能。该串行接口大大减少了与外部PHY芯片相连的引脚数量。

  当将以太网 MAC配置成1000 BASE-X模式时,PCS/PMA模块与RocketIO收发器一起工作,能够提供与吉比特转换器(GBIC)或者小型可插式(SFP) 光纤收发器进行直接连接所需要的所有功能。这可以避免1000 BASE-X网络应用所需的外部PHY芯片。

  控制接口

  主机接口为接入以太网 MAC模块配置寄存器提供了通道。配置选项的示例中包括巨帧使能、暂停、单播地址设置以及帧检验序列生成。

  可以通过通用主机总线或者设备控制寄存器(DCR)总线(当与处理器连接时)对主机接口进行访问。另外,每个以太网 MAC还有一个可选的管理数据I/O (MDIO)接口。它允许对外部PHY的管理寄存器和以太网 MAC中PCS/PMA内部的物理接口管理寄存器进行访问。

  客户端接口

  发送器的客户端接口将帧传送给以太网 MAC。当接收到的数据小于最短的以太网帧长度时,发送器将该数据加长,并且保持最小的帧间距;但是,您可以增加间隔的长度,还可以通过配置发送器在帧中添加一个帧检验序列。一个单独的流控制接口允许您生成暂停帧。在半双工模式下,信号发送之间存在冲突,在有效冲突情况下,需要进行帧重发。

  接收器接口检验传入帧和信号帧误差。这里分别提供了好帧信号和坏帧信号。还可以通过配置以太网MAC以便在检测到有效的暂停帧之后,暂停和重新启动帧传输。

  客户端接口的数据的宽度通常是8位或者16位。8位接口主要针对标准的以太网应用,它利用一个125 MHz的时钟产生1,000 Mbps的数据率。当使用16比特模式时,可以在不提高客户端接口时钟频率的条件下将数据率提高到2,000 Mbps。

  每个以太网 MAC都会输出一些统计向量,其中含有发送和接收数据通路上所看到的以太网帧的信息。Xilinx CORE Generator?软件免费提供了一个外部统计模块。该统计模块对每个以太网 MAC的发送和接收数据通路上的所有统计信息进行累加。


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Virtex-5? MAC? Xilinx?

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