摘要:介绍了10G以太网的技术特点、协议层结构及帧格式,并概述了UTOPIA接口。为了实现10G以太网的物理层和数据链路层之间的连接,采用UTOPIA leve14协议并介绍了实现10G以太网UTOPIA接口的设计方案与实现,给出了功能模块图。为降低芯片功耗,采用并行设计方案。
关键词:10G以太网 MAC UTOPIA XGMII 功耗
以太网以其成本低、高可靠性、安装简便、维护容易和易扩展等优点成为非常流行的局域网技术。从1973年问世至今,以太网不断改进,速率等级从10Mbps、100Mbps提高到1000Mbps,应用范围从局域网扩展到城域网。由于汇聚的1000Mbps需要更高速率的以太网技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,于是10G以太网应运而生。10G以太网标准IEEE802.3ae的基础上CONTROL ENGINEERING China版权所有,添加了广域网接口,不仅继承了以太网技术,而且提高了MAC(Media Access Control,介质访问控制层)子层速率到10Gbps,使得局域网用户更有效地使用多媒体以及其它数据应用。这种技术能够应用到多种类型的网络,并能利用统一的以太网技术建立范围更广阔的网络。10G以太网有以下主要特点:
(2)只支持全双工模式,传送媒体只能是光纤;
(3)不使用载波侦听多路访问和冲突检测协议;
(4)使用64B/66B和8B/10B两种编码方式;
(5)具有支持局域网和广域网的接口,网络范围扩展到10km。
1 10G以太网协议层结构
10G以太网基于下面的技术:位于OSI模型中数据链路层的MAC层,以及介于MAC层和物理层的XGMII(10G Media Independent Interface,10G介质无关接口)。物理层又包括PCS(Physical Coding Sublayer,物理编码子层)、PMA(Physical Media Attachment,牧师介质附属子层)、PMD(Physical Media Dependent,物理介质相关子层)。
![1](http://img.hc360.com/ec/info/images/20a11.jpg)
图1是10G以太网的协议结构。其中LLI(Logical Link Control,逻辑链路控制层)在网络层和介质访问控制之间提供选择。MAC层负责对网络的访问、MAC寻址、帧类型识别等与帧相关的操作。Reconciliation(适配层)是MAC层和物理层之间的通路。XGMII在MAC层和物理层之间提供了一个标准接口,使得MAC层能适应不同的物理层。PCS(Physical Coding Sublayer,物理编码子层)主要负责对来自MAC层数据的编码和解码。PMA(Physical Media Attachment,物理介质附属子层)负责把编码转换为适应物理层传输的比特流,同时完成数据解码的同步。PMD(Physical Media Dependent,物理介质相关子层)负责信号的传送包括信号的放大、调制和波的整形。不同的PMD设备支持不同的物理介质。MDI(Media Dependent Interface,介质相关接口)定义了对应于不同的物理介质和PMD设备所采用的连接器类型。10G以太网协议在XGMII接口下增加WIS子层(WAN Interface Sublayer,广域网接口子层),可以让10G以太网帧能够在目前广域网中广泛使用的SONET/SDH体系中传输。
2 帧格式
10G以太网的MAC帧不必像千兆以太网那样拆分/封装帧结构,更适合高速交换。图2为10G以太网的MAC帧格式。为了在现有的广域网上传输10G以太网帧,MAC层还负责把10Gbps速率匹配成9.058464Gbps速率。
![图2](http://img.hc360.com/ec/info/images/20b22.jpg)
3 UTOPIA接口实现
3.1 UTOPIA接口
UTOPIA(Universal Test & Operations PHY Interface for ATM)接口是ATM论坛定义的一个重要的设备内部接口CONTROL ENGINEERING China版权所有,是物理层与上层逻辑边界的具体物理实现。目前有四个等级的UTOPIA规范,本文采用的UTOPIA leve14协议,它支持点对点的高速互联。其数据宽度可以是32比特、16比特或者8比特控制工程网版权所有,基本的接口工作速率可达415MHz。除了数据信号,还有时钟信号和控制信号。控制信号控制数据或控制字是否在数据总线上传输。流控、寻址和其他控制功能均通过数据总线带内传输,减少了接口信号线的数量。由于对称性,UTOPIA level4协议非常适合链路层端对端通信。当数据包在物理层和链路层传输时控制工程网版权所有,发送方向(Tx)指从链路层到物理层,反之为接收方向(Rx)。图3是UTOPIA接口示意图,显然它是物理层和链路层之间的数据传输通道,并可在芯片内部实现。
3.2 UTOPIA接口实现
UTOPIA接口的信号采用图2所示的