http://www.paper.edu.cn
- 1 -
中国科技论文在线
基于 FPGA 的千兆以太网接口设计与实现
袁源，别红霞
**
作者简介：袁源（1990-），男，硕士研究生，主要研究方向：通信网络理论与技术
通信联系人：别红霞（1971-），女，教授，主要研究方向：多媒体通信与技术. E-mail: biehx@bupt.edu.cn
（北京邮电大学信息与通信工程学院，北京，100876）
5
摘要：本文首先分析了数据帧的结构和以太网 MAC 层通信机制，并介绍了以太网设计原理，
最终在 FPGA 上完成了千兆以太网接口的设计与实现。本设计通过调用 Altera 的 TSE（Triple
Speed Ethernet）IP 核完成以太网的 MAC 层数据的处理，88E1111 芯片完成 PHY 层数据的
处理，MAC 层和 PHY 层之间使用 RGMII 接口连接，并完成了 PLL、FIFO、CLKCTRL 等关
键模块设计，在 Altera 的 Cyclone IV 系列 FPGA 上完成硬件实现。最终通过时序仿真和 FPGA10
功能测试验证了本设计的正确性和合理性。
关键词：以太网；RGMII；MAC；FPGA
中图分类号：TP393.11
Design and implementation of gigabit etherent interface 15
based on FPGA
Yuan Yuan, Bie Hongxia
(School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and
Telecommunication)
Abstract: In this paper, the structure of data frames and communication mechanism of Ethernet 20
MAC were analyzed, and the design principle of Ethernet was introduced. Finally the gigabit
Ethernet interface was designed and implemented on FPGA. Altera TSE IP core was used to
process the Ethernet MAC layer data, 88E1111 chip was used to process PHY layer data, and
RGMII interface was used to connect MAC and PHY. Key modules including PLL, FIFO, and
CLKCTRL were designed, and the hardware implementation was completed on Altera Cyclone IV 25
series FPGA.Finally, the simulation results verify the correctness and rationality of the design.
Key words: Ethernet; RGMII; MAC; FPGA
0 引言
以太网是网络的代名词，它被应用于世界的各个角落。随着以太网技术的飞速发展，以30
太网速度不断提高，通信机制日益成熟，出现了 1000Mb/s 以太网甚至 10Gb/s 以太网。以
太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质
进行连接。根据 IEEE 802.3 标准规范，不同传输介质的以太网都拥有自己的物理层标准
[1]
，
同时为了解决线路冲突问题，以太网在传输过程中还采用了 CSMA/CD 技术。
20 世纪 70 年代 ISO 提出了 OSI 参考模型，该模型具有七层框架，从底层到最上层分别35
为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层
[2]
。数据链路层的职责
主要通过 MAC 层与 LLC（逻辑链路控制）层共同承担，帧是在数据链路层中进行数据传输
的基本单元。
由于 FPGA 具有资源丰富、集成度高、数据吞吐量大、速度快等优点，在 FPGA 上实
现具有 MAC 层的以太网成为研究的热点。本设计通过调用 Altera 的 TSE（Triple Speed 40
Ethernet）IP 核
[3]
完成以太网的 MAC 层数据的处理，88E1111 芯片完成 PHY 层数据处理，
MAC 层和 PHY 层之间使用 RGMII 接口连接，并最终在 Altera 的 Cyclone IV E 系列 FPGA
评论0