《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于FPGA的多路SGMII接口以太网设计与测试
电子技术应用
付强,乔辉,杨飞虎,曹拴住,张竞飞
中国电子科技集团公司第58研究所
摘要: 嵌入式处理器受功耗、尺寸、成本限制,一般集成1个或2个以太网控制器,不能满足某些特定现场对多路以太网数据同时传输的需求。提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的以太网设计,利用FPGA高速、并行处理优势,集成的串行/解串器(SerDes)资源情况,扩展出多路以太网接口进行数据同时收发。与外部物理层(PHY)芯片通信采用串行以太网(SGMII)接口,可以有效减少印制线路板(PCB)尺寸和布线数量。提出一种针对底层链路传输可靠性的多级测试方法,最终通过上板调试验证,12路以太网接口在1 000 Mb/s速率下传输稳定、数据无误码。
關(guān)鍵詞: FPGA SGMII 以太网 PHY
中圖分類號(hào):TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245853
中文引用格式: 付強(qiáng),喬輝,楊飛虎,等. 基于FPGA的多路SGMII接口以太網(wǎng)設(shè)計(jì)與測(cè)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(gè)子系統(tǒng)或子設(shè)備間組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jiǎn)單、通信速度高、傳輸距離遠(yuǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點(diǎn)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(gè)以太網(wǎng)控制器,最多實(shí)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(kuò)展性和并行處理能力,內(nèi)部集成多個(gè)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(kuò)展多個(gè)以太網(wǎng)接口,借助FPGA自帶的調(diào)試測(cè)試軟件和方法,實(shí)現(xiàn)一種低成本、易擴(kuò)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(qiáng),喬輝,楊飛虎,曹拴住,張競(jìng)飛

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所,江蘇 無錫 214035)


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