《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于FPGA的多路SGMII接口以太網(wǎng)設(shè)計與測試
電子技術(shù)應(yīng)用
付強,喬輝,楊飛虎,曹拴住,張競飛
中國電子科技集團公司第58研究所
摘要: 嵌入式處理器受功耗、尺寸、成本限制,一般集成1個或2個以太網(wǎng)控制器,不能滿足某些特定現(xiàn)場對多路以太網(wǎng)數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)男枨蟆L岢鲆环N基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的以太網(wǎng)設(shè)計,利用FPGA高速、并行處理優(yōu)勢,集成的串行/解串器(SerDes)資源情況,擴展出多路以太網(wǎng)接口進行數(shù)據(jù)同時收發(fā)。與外部物理層(PHY)芯片通信采用串行以太網(wǎng)(SGMII)接口,可以有效減少印制線路板(PCB)尺寸和布線數(shù)量。提出一種針對底層鏈路傳輸可靠性的多級測試方法,最終通過上板調(diào)試驗證,12路以太網(wǎng)接口在1 000 Mb/s速率下傳輸穩(wěn)定、數(shù)據(jù)無誤碼。
關(guān)鍵詞: FPGA SGMII 以太網(wǎng) PHY
中圖分類號:TN919.8 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245853
中文引用格式: 付強,喬輝,楊飛虎,等. 基于FPGA的多路SGMII接口以太網(wǎng)設(shè)計與測試[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2025,51(2):75-80.
英文引用格式: Fu Qiang,Qiao Hui,Yang Feihu,et al. The design and test of Ethernet with multiple SGMII based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(2):75-80.
The design and test of Ethernet with multiple SGMII based on FPGA
Fu Qiang,Qiao Hui,Yang Feihu,Cao Shuanzhu,Zhang Jingfei
China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute
Abstract: Due to power consumption, size, and cost constraints, embedded processors typically integrate one or two Ethernet controllers, which cannot meet the demand for simultaneous transmission of multiple Ethernet data streams in certain specific field applications. This paper proposes an Ethernet design based on Field-Programmable Gate Array(FPGA), leveraging the high-speed and parallel processing advantages of FPGA, and the integrated Serializer/Deserializer(SerDes) resources to extend multiple Ethernet interfaces for simultaneous data transmission and reception. Communication with external PHY chips uses the Serial Gigabit Media Independent interface(SGMII), which can effectively reduce PCB size and wiring complexity. A multi-level testing method for the reliability of the underlying link transmission is proposed. Finally, through on-board debugging and verification, the 12 Ethernet interfaces achieve stable transmission at 1 000 Mb/s with no data errors.
Key words : FPGA;SGMII;Ethernet;PHY

引言

在某些大型系統(tǒng)中,主系統(tǒng)或主設(shè)備通常與多個子系統(tǒng)或子設(shè)備間組成網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)通信。以太網(wǎng)作為目前使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)之一,具有接口簡單、通信速度高、傳輸距離遠、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定等優(yōu)點,能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點間的高速通信。

通用嵌入式處理器受功耗、成本等因素制約,通常集成不超過2個以太網(wǎng)控制器,最多實現(xiàn)2路網(wǎng)絡(luò)收發(fā)通信,無法滿足大型系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信需求[1]。

FPGA作為一種可編程邏輯器件,具有良好的可擴展性和并行處理能力,內(nèi)部集成多個高速收發(fā)器(SerDes),與外部物理層(PHY)芯片88E1512之間通過SGMII接口通信[2]。本文根據(jù)需要和FPGA芯片資源情況擴展多個以太網(wǎng)接口,借助FPGA自帶的調(diào)試測試軟件和方法,實現(xiàn)一種低成本、易擴展、高可靠性的多路SGMII接口以太網(wǎng)系統(tǒng)。


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作者信息:

付強,喬輝,楊飛虎,曹拴住,張競飛

(中國電子科技集團公司第58研究所,江蘇 無錫 214035)


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