一、千兆。以太网。的体系建立。

1.硬件体系建立。

以太网MAC模块担任完结以太网MAC子层的功用，完结802.3ab的数据封装与解封。其一起担任适配硬件PHY的物理。接口。，组成物理层的通讯接口; 硬件体系的功用能够经过。 Verilog。HDL硬件描绘言语在。FPGA。操控器。内部来完结。当然也能够在FPGA操控器内，运用FPGA供给的MAC IP核来完结MAC协议功用，然后能够代替MAC接口协议芯片，这样能够大大简化体系的硬件。电路规划。。FPGA操控器经过GMII总线和PHY芯片进行数据。通讯。，经过MDI/MDIO 办理接口，来装备并读取PHY芯片内部的各。寄存器。。

PHY是物理接口收发器,它完结物理层.IEEE-802.3规范界说了以太网PHY。PHY在发送数据的时分,收到MAC过来的数据，然后把并行数据转化为串行流数据,再依照物理层的编码规矩把数据编码,再变为。模仿。信号。把数据送出去。收数据时的流程反之。PHY还有个重要的功用便是完结CSMA/CD的部分功用。它能够检测到网络上是否有数据在传送。PHY还供给了和对端设备衔接的重要功用并经过。LED。灯显示出自己现在的衔接的状况和作业状况让我们知道。

阻隔变压器：把PHY送出来的差分信号用差模。耦合。的线圈耦合滤波以增强信号,并且经过电磁场的转化耦合到衔接网线的别的一端。这样不光使网线和PHY之间没有物理上的衔接而换传递了信号,隔断了信号中的直流重量,还能够在不同0V电平的设备中传送数据。

RJ45。是布线体系中信息插座(即通讯引出端)。衔接器。的一种，上端衔接PHY层物理层芯片，下端衔接网线。有些厂家会将网络变压器交融至RJ45接头中，在接口选型中要留意，假如厂家不自带阻隔变压器，需在规划中考虑相关功用及器材。衔接器由插头(接头、。水晶头。)和插座(模块)组成，插头有8个凹槽和8个触点，是规范8位模块化接口的俗称。为支撑千兆以太网，制造直通线时一般选用T568B规范，即需求8个数据接口均需衔接。

2.通讯协议。

互联网协议依照功用不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层。从tcp/ip五层协议的视点来论述可分为以下几层：

1)物理层：计算机之间完结组网，即光缆、电缆、双绞线、网线、无线电波等。

2)数据链路层：将单纯的电信号0、1进行整合，构成统一规范，即“以太网协议。ethernet。”。包含界说数据帧、MAC地址等。

3)网络层：局域网内进行通讯。包含IP协议(装备IP地址、设置子网掩码、解析IP数据包)和ARP协议(获取主机MAC地址)等。

4)传输层：tcp协议、udp协议等。

5)运用层：www、FTP、HTTP、em。ai。l等。

在依据FPGA的千兆以太网传输中，需将数据经过FPGA进行数据协议的打包和MAC协议处理，经过RGMII总线协议传输将数据传送至PHY芯片，PHY芯片将数据进行处理后发送至RJ45接口进行数据发送。其间，PHY到FPGA的传输接口一般包含有MII、RMII、SMII、SSMII、SSSMII、GMII、RGMII、SGMII、TBI、RTBI、XGMII、XAUI、XLAUI等， PHY到网络变压器之前传输接口一般为MDI。

依照OSI模型，依据开发板至。上位机。之间的通讯需运用到的模型层有物理层(RJ45网接口)、数据链路层(PHY芯片和MAC协议)、网络层(在FPGA中处理的MAC协议)、传输层(在FPGA中处理的数据协议打包)。

涉及到的传输协议有：以太网MAC协议与GMII协议。

以太网MAC协议首要担任操控与衔接物理层的物理介质。MAC协议能够事前判别是否能够发送数据,假如能够发送将给数据加上一些操控信息,最终将数据以及操控信息以规矩的格局发送到物理层。该协议由硬件言语在FPGA操控器内部来完结。(数据剖析)。

GMII协议((Gigabit Media Independant Interface)千兆MII接口。GMII选用8位接口数据，作业。时钟。125MHz，因而传输速率可达1000Mbps。一起兼容MII所规矩的10/100 Mbps作业方式。为FPGA(MAC操控器)与PHY芯片之间的数据传输协议。本项目中，结合芯片选型，可选取RGMII协议(Reduced Gigabit Media Independant Interface),精简GMII接口。信号界说如下：(数据传输)。

信号称号 描绘 方向。

TXC 发送时钟 MAC→PHY。

TX_CTL 发送数据操控 MAC → PHY。

TXD[3:0] 发送数据4bit MAC → PHY。

RXC 接纳时钟 PHY → MAC。

RX_CTL 接纳数据操控 PHY → MAC。

RXD[3:0] 接纳数据4bit PHY → MAC。

MDIO 办理数据 双向。

M。DC。办理数据时钟 MAC → PHY。

二、芯片选型。

1.千兆以太网PHY芯片选型。

以太网芯片。商场规模巨大，并且比较安定，但该商场每隔几年就会呈现一次严重技能改变。该工业现在处于从快速以太网(FE)向千兆以太网(GbE)改变进程的晚期。其间大多数规划选用的是博通(Bro。adc。om)、。英特尔。、Marvell和瑞昱(Realtek)的单芯片(MAC+PHY)操控器芯片。

Marvell(圆满)，美国品牌。常见的10/100/1000M自适应网卡芯片有Marvell的88E8001/88E8053/88E806*系列。归于芯片榜首队伍。芯片质量最好，品种最完全，产品老练，到达工业级规范，但因现在国际关系，供货不安稳。

Bro。ad。com，美国品牌。包含FE PHY，千兆PHY，2.。5G。/5GBASE-T PHY，10GBASE-T PHY，轿车PHY等。常见的10/100/1000M自适应网卡芯片有BCM5721/5751系列芯片。芯片质量好，产品老练，但因现在国际关系，供货不安稳。

Realtek台湾瑞昱，是典型的台产网络PHY芯片厂家。用户可依据自己的需求自在选取10M/100M/1000Mbps三种不同通讯速度的芯片。其产品支撑单口多口，单口包含RTL8211系和RTL8251系，双口为RTL8212系，四口为RTL8214系,八口则为RTL8208系。性价比也相对较高。商场份额最大，芯片质量虽不如圆满，但质量相对安稳。因运用范围广，参阅资料较多。比较于其他品牌，供货相对安稳。

ATHE。ROS。(。高通。)，美国品牌，全球最大的无线半导体供货商。近几年研制出产PHY芯片系列，常见的10/100/1000M自适应网卡芯片有AR8031与AR8035系列。

其他品牌包含：IC PLUS,台湾九阳电子推出的IP101系列芯片有10M/100 Mbps两种可选。SMSC，被美国。Microchip。公司收买, 在通讯速度上有也有10M/ 100M/1000Mbps三种不同的挑选。现在在网络PHY芯片主打型号为LAN87系列。

国产芯片中，出产PHY芯片的厂商有姑苏裕泰车通，但产品只要10/100M,并不支撑千兆以太网。

本次规划中，选取Realtek公司的RTL8211E单口芯片，首要考虑要素有：满意千兆以太网需求、产品安稳、技能文档老练、参阅资料相对较多、货源安稳、性价比高。可代替的产品有高通的AR8035、圆满的88E1111等。

引脚功用鄙人一节中有详细介绍。详细引脚和封装规划如下图所示：

2.RJ45接口选型。

为削减外部分立器材的数量，有助于布局布线，改进体系的。EMC。/EMI功能，尽量挑选衔接器自带阻隔变压器以及终端。电阻。的RJ45接口。在接口期间的厂商中，国产接口即可满意规划需求。本次规划中，RJ45网络接口选用中山市汉仁公司(HanRun)的 HR91130A，衔接器自带阻隔变压器以及终端电阻。该接口的引脚特性及外围电路规划鄙人一节中有介绍。可代替器材有安费诺amphenol公司的MRJ548101、。泰科。电子。TE。connec。ti。vity的2301995-1等。下图为该接口的封装规划。

三、PHY芯片的外围电路规划。

RTL8211E运用首要包含。电源。部分规划、MDI接口规划、RGMII接口规划以及接口办理规划等四部分组成。

1.RTL8211E电源部分规划。

RTL8211E的电源首要由3.3V及1.05V两个电源组成，接入外部电源为3.3V，并经过本身的switching regulator构成1.05V电源或许从外部电源引进。这两组电源首要为芯片运转以及GMII、MDI等IO接口驱动供给电源。如下则为RTL8211E、RTL8211EG的电源引脚阐明。

RTL8211E的3.3V电源由外部电源VDD33引进，并经过去耦。电容。C3的过滤，构成芯片的数字3.3V电源DVDD33及模仿3.3V电源AVDD33。如图，其间C3对电源质量影响比较大。

关于接口办理运用1.05V的IO驱动电源，则是经过芯片本身的switching regulator转化或经过一个外接。LDO。进行转化，假如选用本身的regulator转化，则是3.3V模仿电源经过去耦电容接入芯片，别的经过外接0电阻与去耦电容构成模仿或数字1.05V电源。switching regulator只能给芯片本身的AVDD10和DVDD10供电，不能给其它外部电路供电。

2.RTL2811E至MDI接口规划。

MDI( Medium Dependent Interface )介质相关接口与互联网衔接一般经过信号传输端(TD+&TD-)和信号接纳端(RD+ &RD-)，然后再经过网络。滤波器。以及RJ-45与终端网络相连。

MDI衔接归于高速信号衔接，对MDI线路规划不时需特别留意，RTL8211E/RTL8211EG到10/100/1000M网络变压器，以及到RJ-45接口的途径需求尽可能短，RTL8211E/RTL8211EG到10/100/1000M网络变压器的间隔不能超越12cm，并且两对承受或传输差分信号线需尽可能的挨近，可使噪声影响相互抵消。一般两者之前间隔等于一线宽，例如，信号线宽8mil，则D1的宽度为8mil。两组信号线之间的跟离D2一般引荐为30mil。

3. RTL8211E之RGMII接口规划。

MII是英文Medium Independent Interface的缩写，翻译成中文是“介质独立接口”，该接口一般运用于MAC层和PHY层之间的以太网数据传输，也可叫数据接口，MII即Reduced MII、是MII的简化。与MII接口比较，GMII的数据宽度由4位变为8位，GMII接口中的操控信号如TX_ER、TX_EN、RX_ER、RX_DV、C。RS。和COL的效果同MII接口中的通衢，发送参阅时钟GTX_CLK和接纳参阅时钟RX_CLK的频率均为125MHz(1000Mbps/8=125MHz)。

RGMII衔接归于高速信号衔接，对RGMII线路规划不时需特别留意，RTL8211E/RTL8211EG到MAC之间的不能超越2.5inch。RGMII时钟信号与数据信号之间需求留20mils的间隔，GMII 接纳与发送布线长度之差还要超越100mils。RGMII的布线都有一块没损坏的完好地平面。

依据RGMII协议，TXC与RXC分别为数据传输中发送与接纳的频率，在千兆以太网中，分别为125MHz。接纳数据的。端口。为RX[0…3]，操控使能为TX_CTL;发送数据的端口为TX[0…3]，操控使能为RX_CTL。

为了EMI考虑，需求在PHY芯片RXC端放置一个RC滤波，并在MAC芯片TXC端放置一个RC滤波。

依据芯片手册，MDC/MDIO办理接口用于。操控芯片。的作业形式，因为其选用开漏输出，需求经过上拉电阻坚持其作业状况。

4. RJ45接口的外围电路规划。

千兆PHY经过网络变压器衔接到RJ45接口，一共有4对差分线MDI[0…3]+/-。一般的接法是：

MDI[0]+ : RJ45[1]。

MDI[0]- : RJ45[2]。

MDI[1]+ : RJ45[3]。

MDI[1]- : RJ45[6]。

MDI[2]+ : RJ45[4]。

MDI[2]- : RJ45[5]。

MDI[3]+ : RJ45[7]。

MDI[3]- : RJ45[8]。

RJ45[1…8]衔接器的线序与水晶头的压接次序共同。

四、电路板规划。

PCB。板层规划可依据FPGA资源运用的状况及BGA芯片的扇出状况进行设定，可运用惯例的六层电路板规划布线，即SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG。信号层与接地层相邻，电源层与接地层配对，这样具有较好的信号完好性。主张对Rx±、Tx±差分对进行阻抗操控，阻抗操控在100欧姆±10%。

布线规矩如下：

以太网接口速率较高，会产生较大的搅扰，会在铜皮产生感应电流，在RJ45接口处需将除差分引脚外的信号悉数挖空，挖空区避免走线。

机壳地走线加粗，一般为1mm，机壳地与板内板的边际间隔要大于或等于1mm。

3.电源地走线加粗。

等长要求，TX+与TX-信号做等长，RX+与RX-做等长，尽量坚持差分对平行、等长、短距，避免过孔、穿插。因为管脚散布、过孔、以及走线空间等要素存在使得差分线长易不匹配，时序会产生偏移，还会引进共模搅扰，下降信号质量。长度差一般操控在5mil以内。

TX与RX应分隔不同层走线，假如同层，间隔应摆开4W(4倍线宽)。

6.PHY芯片发热量较大，可适当考虑添加散热孔或反面开窗。

依据芯片手册，布线时还应留意以下事项：

1.输入3.3V电压与芯片V。DDR。EG引脚衔接时，线宽需超越40mils。

2.去耦电容需放置在间隔VDDREG引脚200mils(0.5cm)范围内，以避免输入电压过冲。

3.输出电压REGOUT的线宽有必要大于60mils。

3.输出电压REGOUT的电感有必要放置在引脚200mils(0.5cm)范围内;电容需放置在间隔电感200mils(0.5cm)范围内。

为了确保。开关稳压器。的安稳性，Cout1与Cout2有必要为陶瓷。电容器。(X5R)，Cin1和Cin2需为陶瓷电容器。

5.电感和Cin1需求和芯片在同一层布线;VDDREG和REGOUT之间的连线不能运用过孔。

转载：https://community.openanolis.cn/64e813bda3cccc782cc567c2.html。

内容来源：https://a02.webvip.vn/app-1/viettel thanh hóa,http://chatbotjud-teste.saude.mg.gov.br/app-1/historico-blaze

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