基于FPGA的UDP千兆以太网光通信
概述
本文介绍一个fpga开源项目：udp千兆以太网光通信。利用sfp接口，可以通过使用sfp转rj45模块或者直接使用光纤进行以太网通信。
本工程主要是围绕“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作为以太网mac，通过gmii接口与“1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii”ip核进行核间通信。
软硬件平台
软件平台 ：vivado 2017.4;
硬件平台 ：xc7z035ffg676-2;
ip核参数配置
tri mode ethernet mac
该工程使用千兆速率，选择 1gbps ；
接口选择 **internal ** ，因为该ip核通过gmii接口与“1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii”通信，不需要产生外部物理接口；mac速率选择 1000mbps ，与“1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii”1000basex通信标准匹配；内部时钟源选择1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii ip核提供的user clk2；选择 axi-lite 接口，对ip核参数进行配置；axi-lite接口时钟同样选择user_clk2，即 125mhz ；shared logic与features保持默认即可。1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii
ethernet mac选择 tri mode ethernet mac ；
该ip核采用1000basex模式，因此将速度设为 1g ；
选择 **1000basex **标准；
物理接口为 **gtx **收发器作为sfp接口；时钟源选择gtx收发器的输出时钟 **txoutclk ** ；不使用mdio接口配置ip核；选择自协商功能；
shared logic选择将共享逻辑包含在ip核内；
接口互联
上述两个ip核之间通过gmii接口进行通信，tri mode ethernet mac工作时钟源采用1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii输出的125mhz的userclk2，gmii接口各信号与userclk2时钟同步。
功能测试
该vivado工程实现的功能为千兆以太网光纤数据回环传输。在电脑端通过网络调试助手向fpga板卡发送长度小于1472字节的数据包，fpga收到数据后解析、缓存用户数据，最后回传给电脑端，数据传输方案如下图所示：
其中uiudp_stack数据位宽为64bits，而tri mode ethernet mac数据位宽为8bits，因此二者之间需要插入fifo进行数据位宽以及时钟域转换。
通过wireshark软件对电脑和fpga之间传输的udp数据包进行捕获，部分结果如下图所示：
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硬件平台 ：xc7z035ffg676-2;
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接口选择 **internal ** ，因为该ip核通过gmii接口与“1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii”通信，不需要产生外部物理接口；mac速率选择 1000mbps ，与“1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii”1000basex通信标准匹配；内部时钟源选择1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii ip核提供的user clk2；选择 axi-lite 接口，对ip核参数进行配置；axi-lite接口时钟同样选择user_clk2，即 125mhz ；shared logic与features保持默认即可。1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii
ethernet mac选择 tri mode ethernet mac ；
该ip核采用1000basex模式，因此将速度设为 1g ；
选择 **1000basex **标准；
物理接口为 **gtx **收发器作为sfp接口；时钟源选择gtx收发器的输出时钟 **txoutclk ** ；不使用mdio接口配置ip核；选择自协商功能；
shared logic选择将共享逻辑包含在ip核内；
接口互联
上述两个ip核之间通过gmii接口进行通信，tri mode ethernet mac工作时钟源采用1g/2.5g ethernet pcs/pma or sgmii输出的125mhz的userclk2，gmii接口各信号与userclk2时钟同步。
功能测试
该vivado工程实现的功能为千兆以太网光纤数据回环传输。在电脑端通过网络调试助手向fpga板卡发送长度小于1472字节的数据包，fpga收到数据后解析、缓存用户数据，最后回传给电脑端，数据传输方案如下图所示：
其中uiudp_stack数据位宽为64bits，而tri mode ethernet mac数据位宽为8bits，因此二者之间需要插入fifo进行数据位宽以及时钟域转换。
通过wireshark软件对电脑和fpga之间传输的udp数据包进行捕获，部分结果如下图所示：
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