10G背板以太网物理编码子层的设计与验证

发布时间：2017-10-31 09:24

  本文关键词：10G背板以太网物理编码子层的设计与验证

  更多相关文章： 以太网 物理编码子层 64B/66B 加扰 变速箱 逻辑综合

【摘要】：以太网是基于数据帧传输的计算机局域网。随着以太网技术的不断发展,以太网技术的应用由最初的局域网(Local Area Network, LAN)已经扩展到了城域网(Metropolitan Area Network, MAN)和广域网(Wide Area Network, WAN)。10G以太网技术作为以太网领域的先进技术,具有广泛的发展前景,但是国内在该领域的研究还处于初步阶段。因此,10G以太网IP设计具有重大意义。本文根据IEEE Std 802.3ap协议标准,在分析10GBASE-KR物理编码子层(Physical Coding Sublayer, PCS)的功能和设计指标的基础上,完成了整个PCS子层的前端设计。PCS子层主要功能是将MAC层传输的数据帧,添加校验码、编码以及转换之后发送到PMA子层；同时将PMA子层的数据经过转换、解码以及校验修改后发送到MAC层。主要包括CRC8插入与移除模块、64B/66B编解码模块、加解扰和变速箱等模块。首先,在仔细研究IEEE Std 802.3协议的基础上,重点分析了PCS子层的功能和设计指标,并提出了PCS子层的设计架构。其次,采用自顶向下和模块化设计方法完成每个子模块的设计。CRC8插入模块和CRC8移除模块,是背板以太网PCS子层的特有模块,主要作用是支持数据帧在电子板传输过程的错误保护,采用混合并行CRC8校验码生成方式,简化电路结构并保证数据传输的连续性；64B/66B编解码器采用逻辑运算实现方法,将编解码过程分为两个部分,根据输入数据判断数据块的类型,再根据编解码规则完成数据的编解码过程,与查表法相比,减少了电路的面积和功耗：变速箱电路包括发送通道变速箱和接收通道变速箱,由数据转换、异步FIFO和控制电路构成,与传统方法相比减小电路面积(需要额外528位存储单元)有效地避免电路亚稳态,并减小电路延迟;发送电路、接收电路和同步头与误码率检测模块采用有效状态机完成,提高了电路的工作效率。最后,完成PCS子层的仿真与验证。根据PCS子层的功能特征搭建验证平台,完成整个PCS子层设计的模块级和系统级功能验证以及回环测试；完成了整个PCS子层的FPGA验证,验证结果表明所有的设计都实现了PCS子层的功能要求。另外,基于SMIC 40nm CMOS工艺完成PCS子层逻辑综合,结果表明PCS子层工作频率能达到232.56MHz。
【关键词】：以太网 物理编码子层 64B/66B 加扰 变速箱 逻辑综合
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题背景11-12
• 1.1.1 以太网简介11
• 1.1.2 国内外研究动态11-12
• 1.2 课题研究的目的与意义12-13
• 1.3 论文的研究内容13
• 1.4 论文组织结构13-15
• 第2章 10G背板以太网PCS子层协议的研究15-25
• 2.1 10G背板以太网体系结构15-16
• 2.2 10GBASE-KR以太网PCS子层的功能16
• 2.3 PCS子层内部功能研究16-24
• 2.3.1 PCS数据传输比特的流程17-18
• 2.3.2 CRC8插入与移除过程18-21
• 2.3.3 64B/66B编解码21-23
• 2.3.4 数据流的加解扰23-24
• 2.3.5 变速箱与码块同步24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 10G背板以太网PCS子层的逻辑设计25-55
• 3.1 PCS子层设计指标25
• 3.2 PCS子层的设计25-27
• 3.2.1 PCS子层的接口描述25-26
• 3.2.2 PCS子层的模块划分26-27
• 3.3 发送通道的设计与实现27-37
• 3.3.1 CRC8插入模块的设计27-32
• 3.3.2 64B/66B编码模块的设计32-34
• 3.3.3 发送状态机34-36
• 3.3.4 加扰码模块的设计36-37
• 3.4 接收通道的设计与实现37-48
• 3.4.1 同步头与BER检测模块的设计38-42
• 3.4.2 解扰码模块的设计42-43
• 3.4.3 64B/66B解码模块的设计43-44
• 3.4.4 接收状态机44-46
• 3.4.5 CRC8移除模块的设计46-48
• 3.5 变速箱的设计与实现48-51
• 3.6 FIFO的设计51-53
• 3.7 本章小结53-55
• 第4章 10G背板以太网PCS子层的仿真与验证55-77
• 4.1 验证方案55-58
• 4.1.1 功能验证的原理与流程55-56
• 4.1.2 搭建验证平台56-58
• 4.2 系统仿真验证结果分析58-69
• 4.2.1 发送通道仿真验证结果分析58-63
• 4.2.2 接收通道仿真验证结果分析63-68
• 4.2.3 回环测试68-69
• 4.3 逻辑综合以及结果分析69-71
• 4.4 FPGA验证71-75
• 4.4.1 Xilinx VC709开发板71-72
• 4.4.2 FPGA验证与结果分析72-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第5章 总结与展望77-81
• 5.1 总结77-78
• 5.2 展望78-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 在读期间发表的学术论文与参与项目87

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本文编号：1121746