采用Virtex-5嵌入式三模以太网MAC进行设计

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。

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。

Virtex-5 以太网 MAC 的新特性

在 Virtex-4 FPGA中，仅仅实现数据通路就会消耗多达四个全局时钟缓冲器：其中两个分别用于发送和接收客户端接口逻辑，另外两个分别用于发送和接收的物理接口逻辑。在 Virtex-5 FPGA 中，Xilinx添加了一个时钟使能特性。您可以把生成的时钟用于所有客户端逻辑的物理接口。内部产生的时钟使能，为在每个接口保持正确的数据吞吐率提供了一个方法。这种方法使所需的时钟缓冲器数目减少了一半。

DCR 总线寻址

现在Virtex-5 DCR接口为每个以太网 MAC提供了一个单独的基地址。这使得共享 DCR 总线接口对软件驱动程序成为透明的。软件不再需要知道每个单独以太网 MAC的位地址；硬件根据基地址自动选择正确的比特位。

串行接口改动

Xilinx对串行接口的操作做了一些改动。随着一个可编程链接计时器的加入，自动检测功能变得更加灵活。您可以在改变自动检测进程时序的同时缩短仿真时间。

新添加的单向模式根据IEEE802.3ah-2004规范执行单向使能功能。一旦使能，不管有效输入是否出现在接收端，以太网 MAC都会进行传输。

最后，以太网MAC和收发器可以产生回环。这使得在回环状态中能够将闲置状态传输给链接对象，从而确保该链接保持活动性。

来源：EEFOCUS