万兆以太网光纤通信在FPGA上的可靠实现

为了使以FPGA作为主控的系统实现可靠、低成本的互联通信,经过权衡PCIe、SRIO与万兆以太网方案,本文研究了基于光纤的万兆以太网的可靠通信。在实际工程应用中,为了方便FPGA工程师实现万兆以太网通信,FPGA厂商会提供工作在数据链路层的万兆以太网IP核,但是数据链路层实现的以太网通信并不是无丢包、不乱序的可靠通信。赛灵斯公司提供的IP核为10 Gigabit Ethernet Subsystem。为了实现基于万兆以太网的无丢包、不乱序的可靠通信,本文基于10 Gigabit Ethernet Subsystem IP核设计了四种以太网帧:IDLE_FRAME、START_REQ_FRAME、DATA_REQ_FRAME和DATA_FRAME,及其配套的滑动窗口机制。经过硬件板卡测试显示,该方法可实现全链路速率702.65MByte/S的可靠传输,为未来多FPGA板卡的交换机互联通信打下了坚实基础。

10GBASE-X物理层并行光传输研究

研究了符合IEEE802.3ae标准的万兆以太网10GBASE-X物理层技术,建立了万兆以太网10GBASE-X物理层点到点并行光传输系统.该系统由10GE连接单元接口（XAUI）与10Gb介质无关接口（XGMII）转换芯片、4×3.125Gbit/s 850nm自制垂直腔面发射激光器（VCSEL）并行光发射模块与并行光接收模块构成.利用现场可编程门阵列（FPGA）实现了10GBASE-X物理层编解码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）的全部功能,光互联采用2m并行12芯400MHz·km 62.5μm多模带状光纤.经逻辑分析仪（Agilent 1682A）在接收端低速IO引脚测试,在接收端恢复出发端的万兆以太网帧结构数据,逻辑功能正确.

适用于万兆以太网10GBASE-X的全集成单片CMOS压控振荡器

给出了一个适用于万兆以太网IEEE80 2 3ae 10GBASE -X的高线性度全集成单片环形压控振荡器电路。该压控振荡器采用TSMC 0 18μmCMOS混合信号工艺设计制造 ,由四级差分延时单元和输出驱动电路组成 ,芯片总面积为 0 3× 0 4mm2 。芯片采用 1 8V单电源供电 ,测得带直接耦合差分 5 0Ω负载时的总功耗为 78mW ,单端输出功率为 10 2dBm ,振荡频率在 2 8～ 4 0GHz有非常好的压控线性度 ,在振荡器中心频率为 3 12 5GHz时的单边带相位噪声为 - 96dBc/Hz@10MHz。

用于视频传输的10G网络接口设计

基于FPGA纯硬件电路的UDP/IP处理器设计,以实现高速处理为目的,对于现有的千兆以太网传输进行了提升,形成万兆以太网高速传输系统。主要对传输层、网络层、数据链路层做了深入研究。设计UDP/IP协议栈和万兆以太网数据链路层协议MAC控制器,由UDP/IP协议栈负责将视频数据在传输层和网络层进行封装解封装工作,由MAC控制器完成数据链路层的协议功能,视频数据通过摄像头经过视频解码芯片所产生。依照IEEE802.3-2005和IEEE802.3ae标准,使用ALTERA公司的Cyclone IV系列EP4CE6F17C8N对MAC控制器进行改进,解决以太网帧尾有效字节不定长问题。对CRC编码和校验设计两种方法进行比较,通过Quartus II和Model Sim仿真验证时序逻辑,各个模块运用硬件描述语言Verilog编写。

面向矿井的万兆环网建设

从万兆环网的原理、建设、设备、管理和安全等方面进行探讨,旨在为煤炭行业建设高效、安全、可靠的网络提供参考。在建设井下万兆环网时,需要选择适合煤矿环境的高性能、可靠、安全的网络设备,并建立完善的网络管理体系和安全管理体系。

相切环网络在智能化地下矿山中的应用

以某铅锌矿为例,针对具有多个采掘中段同时作业或多个采区资源整合的地下开采矿山,对比了单环网络和相切双环网两种网络架构,结合后期多环网接入需求和网络稳定性保障需求,对双环网核心层进行了改进,提出了一种设置2台核心交换机、采用冗余配置方案的改进型相切双环网结构。对比发现,相较于传统的单环网络,相切环网络既能保证各类数据传输稳定性,又能满足网络延时时间短要求,且网络扩展性更好。将采用相切环网络构建的多路万兆级工业以太环网,作为整个智能化矿山数据传输的基础网络平台,能够承载井下各类电子信息系统业务,并配置工业网络管理平台,提高网络管理效率,降低运维成本。

一种新型的10G以太网并行循环冗余校验设计

现有10G以太网中的循环冗余校验(CRC)编译码器不能同时兼顾计算速度与资源占用,为此,设计一种新型的10G以太网并行CRC编译码器。编码时,通过编码预处理解决不定长字节带来的CRC编码问题,简化CRC编码电路的设计。译码时,通过译码预处理分离出以太网帧的帧校验序列(FCS)域,恢复编码预处理模块输出的数据,简化CRC校验电路的设计。在实现CRC编码校验时对传统的异或运算电路进行优化,降低运算电路门延时,提高运算速度,并能自动切换CRC编码校验方法以兼容现有以太网。实验结果表明,与其他3种方法相比,该方法占用逻辑资源少,计算速度快,可实现实时性输出,同时满足10G以太网156.25 MHz的时序要求。

一种新的10GBASE-KR物理编码子层的变速箱设计

10GBASE-KR变速箱的功能是实现156.25 MHz下66 bit数据与644.53 MHz下16 bit数据之间的通信。该文在深入研究万兆以太网物理编码子层(Physical Coding Sublayer,PCS)的功能以及变速箱原理的基础上,提出一种新的变速箱实现方法,将其分成读写数据转换和异步FIFO(First In First out)两个模块,完成发送通道和接收通道的设计。该方法有效减少了存储器的数目,使存储器数目由原来的528个减少到82个。本设计使用Verilog硬件描述语言,采用Model Sim进行功能仿真,并利用EDA(Electronic Design Automation)工具完成逻辑综合。仿真结果表明,该方法实现了变速箱的功能要求,并具有面积小、速度快的特点。

下一代以太网——10吉比特以太网

下一代以太网———10吉比特以太网的标准正在制定之中 ,本文着重介绍IEEE802.3ae工作组对10吉比特以太网标准的讨论 ,并阐述了10吉比特以太网与传统以太网尤其是吉比特以太网在技术上的区别 ,最后展望10吉比特以太网的各种应用 ,尤其是在MAN和WAN领域中的应用。

10 GE-InfiniBand网关的研究与设计

为了使InfiniBand(简称IB)网络和万兆以太网这两种高速互连网络相互融合,实现它们之间的数据通信,本文对10GE-InfiniBand网关进行了研究设计,采用Ethernet-over-InfiniBand(Eo IB)协议并结合管道网关的设计思想,将万兆以太网的数据帧封装成IB数据报文以达到在IB网络中传输以太网数据帧的目的,实现两种网络之间的无缝融合。

智能化打钻视频管理系统在白坪煤矿瓦斯治理中的应用

针对煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工采用传统人工验收模式存在效率低、易出现打假钻等问题,以白坪煤矿为工程背景,结合矿井实际开采情况,提出一种基于万兆工业环网远距离传输技术的智能化打钻视频管理系统。介绍了该系统的结构组成、功能特点及关键技术。应用结果表明,该系统可以有效节约时间、人力及物力,可极大提高矿井瓦斯抽采率,为矿井煤层瓦斯防治打下了坚实基础。

基于ZYNQ的万兆以太网流信息统计架构

ZYNQ-Ultrascale+型器件是Xilinx公司推出的MPSoC(Multi-Processor System on Chip)架构器件,上面集成了多核Cortex-A53处理器以及Ultrscale系列的FPGA(Field-Programmable Gate Array)。对如今越来越复杂的网络环境以及越来越庞大的网络数据吞吐的管理问题进行了研究,采用了ZYNQ-Ultrascale+型器件作为核心处理器,提出了一种万兆以太网流信息统计架构。通过对以太网链路的数据包进行卸载,组合成流信息进行统计分析,将统计结果传输至主机,能够完成对万兆以太网的管理。将所述的架构应用于实际的万兆以太网监控系统中,支持TCP、UDP、ICMP、ARP等协议的统计,统计延时小于5μs,最高可支持3.2k条流数量。

万兆工业以太环网在煤矿智能化矿山中的研究与应用

本文以邢东矿智能化矿山建设为研究对象,对煤矿工业网络中的环网建设、关键设备、系统链路进行综合研究与应用分析,提出煤矿万兆工业环网对智能化矿山建设中解决“信息孤岛”现象的可行性方法和原理,通过万兆工业以太环网的建设,实现煤矿在智能化矿山中信息数据的多方法、安全、高效传输。

基于信号完整性的万兆通信系统的优化设计

随着信息技术的快速发展,万兆以太网在大数据网络传输中扮演着重要的角色,然而其超高的速度使其在设计改进时就必须考虑信号完整性问题。针对万兆以太网卡高速链路的改进设计问题,分析了改进前后高速串行链路的传输特点,并建立了该链路的仿真模型,通过实测眼图对仿真模型进行了验证。对于改进方案的仿真结果,从信号完整性方面进行了分析优化,并投板测试。测试结果表明,改进后万兆以太网卡信号质量与改进前相当,改进方案一次成功,网卡运行稳定,能为用户带来高效、便捷的使用体验。

一种基于FPGA的万兆以太网MAC层设计与实现

针对基于软件设计的万兆以太网MAC层无法满足高速数据实时传输的发展要求,文章提出了一种基于FPGA硬件平台的万兆以太网MAC层协议的设计与实现方案。该设计方案主要利用FPGA的并行处理能力,通过Verilog硬件描述语言完成万兆以太网MAC层数据实时处理的硬件设计,实现大带宽、低延时和高可靠性的万兆以太网MAC层的数据收发功能。试验验证表明:该设计方案实现了万兆以太网高速率的数据传输,具有低延时、高性能、高可靠性与简易性等优点。

万兆以太网MAC层控制器的FPGA设计与实现

根据IEEE802.3-2005和IEEE802.3ae标准,在Xilinx公司的Virtex6系列XC6VHX255T器件上设计实现了万兆以太网MAC层控制器。与千兆以太网相比,万兆以太网使用更宽的数据位宽和更高的时钟频率,这使得其MAC层控制器的设计和实现都面临新的挑战。在解决了数据并行处理、不定长字节CRC编码/校验及与千兆以太网兼容等问题的基础上,设计实现了万兆以太网MAC层控制器。经布局布线后仿真验证,说明该设计可满足万兆以太网实际应用的要求。

万兆以太网MAC层控制器设计与实现

根据IEEE802.3和802.3ae协议,设计实现了万兆以太网MAC层控制器.文中使用交叉流水CRC和异步双口RAM技术,解决了非固定数据宽度CRC编码/校验,以及与千兆以太网兼容两个关键问题.本文实现的控制器由发送、接收和管理三个模块组成.发送接收模块除实现发送和接收数据帧功能外,还包含了流量控制和协调子层的功能.管理模块实现了对MAC层控制器的灵活配置,并能够获得丰富的统计信息.后时序仿真的结果表明,该控制器可以满足万兆以太网对带宽的要求.

万兆以太网媒体访问控制层研究

为了与10Gb/s的带宽相匹配,万兆以太网MAC层内部采用64位数据宽度,156.25MHz的工作频率。数据宽度的加宽和频率的提高给万兆以太网MAC层控制器的实现带来了新的挑战。这些挑战表现在数据域边界获取,CRC编码/校验,高频电路设计以及与千兆以太网兼容等方面。文章提出了使用辅助计数、交叉流水CRC、细化流水级和异步RAM等方案来解决这些问题,并采用上述解决方案设计实现了万兆以太网MAC层控制器。对控制器进行后时序仿真的结果证实了方案的正确性和可行性。

万兆以太网物理层实现的研究

在深入研究了最新高速以太网技术--万兆以太网(10GbE)的物理层实现的基础上,提出了采用四路并行的甚短距离传输(VSR)技术实现传输距离在300m以内的局域和广域万兆以太网物理介质连接子层(PMA)和物理介质相关子层(PMD)子层的方法,从而实现了万兆以太网整个物理层的功能.该方法具有构建方便、性能稳定和成本低等优点,能够满足在局域万兆以太网和较短距离上的广域万兆以太网的数据传输.

基于万兆以太网的Cameralink数字图像光纤传输系统

针对当前工业相机在传输高分辨率和高帧频图像时的传输困难问题,设计了以FPGA为核心处理器的Cameralink数字图像光纤传输系统。系统采用SelectIO接口模块代替接口芯片,经数据处理后再通过万兆以太网模块完成2 Medium模式的Cameralink图像数据与AXI4-stream数据流之间的相互转换。实验表明:对于640×512分辨率、1 kHz帧频的2 Medium模式的Cameralink图像数据,可转化为AXI4-stream数据流进行高速、稳定的光纤传输。并在接收端将AXI4-stream数据流完整、实时地还原回2 Medium模式的Cameralink图像数据,解决了传输困难的问题,传输带宽为3.93 Gbit/s。