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基于FPGA 的千兆光纤以太网实现 　　1 引言 　　随着近几年互联网+ 的提出与推广, 网络技术应用范围越广泛, 而在计算机网络的发展技术当中, 在不同应用领域存在着激烈的竞争, 在以太网技术以稳定性、通用性、开放性、高速性和廉价性, 很多领域得到广泛应用。同样100Mb P s 带宽下工作的F D D I 与快速以太网相比具有许多的优点, 最主要表现在快速以太网技术支持3、4、5 类双绞线以及光纤的连接, 能充分的利用现有的设备而获得更高的带宽和速度。但快速以太网的技术没有改变,当网络数据量大时, 会造成数据吞吐量降低。 　　千兆光纤以太网技术不但继承了传统以太网技术价格便宜的优点, 而且还填补了802.3 以太网/ 快速以太网标准的不足。千兆光纤以太网利与原来以太网标准所有规定全部相同, 完全兼容以太网和快速以太网, 因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级。 　　以太网发展至今也具有一定的优势, 从办公、生活网络应用, 走向了工业控制领域, 发展到国防军工、航空航天等可靠性、高速性的领域。现在通过通信技术的提高, 通信速率得到了提高, 从以前的10M、100M 发展到现在的1000M、1G , 网络速度的加快使得整个网络中的负担降低, 同时传输延时时间也大大减小; 也采用了全双工的模式, 网络上数据的收发同时进行, 全双工的模式也避免了因碰撞引起的通信响应不确定, 将以太网用于军工、航空航天等领域, 使得具有应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续发展能力强、易于实现管控一体化几个优势。 　　基于FPGA 的千兆光纤以太网的数据传输, 使得有效传输数据的吞吐量最大化。千兆光纤网作为新一代的以太网技术, 不仅保持原来的10M、100M 以太网已有的C S M A / C D 协议, 而且还保持帧格式和长度不变,同样支持全双工与半双工模式, 也最大的继承了传统以太网的技术优点。利用原有的以太网标准基础之上制定了千兆以太网, 完全兼容了已经普遍应用的快速以太网,根据原有网络基础上更新设备就可方便的将普通的网络升级到千兆以太网。千兆以太网向下兼容, 并支持多种模式, 可以利用现今市场上广泛存在的非屏蔽双绞线进行数据的传输。千兆以太网与普通网络一致具有良好的可扩展性。千兆以太网可以做到低廉的价格及优异的性能, 用户在已搭建的网络基础上就可以升级。 　　2 FPGA 实现以太网控制 　　2.1 以太网数据层 　　目前最为广泛的参考模型为O S I ( O p e n S y s t e mInterconnection, 开放系统互连), 应用FPGA 实现的以太网也遵循这个模型, 该模型由I S O ( 国际标准化组织) 提出了一种在现有网络的基础上不基于设备和系统的体系结构。该模型成为OSI 7 层协议, 从底层开始,依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。如 IEEE 802.3z 中千兆光纤技术OSI 7 层模型。介于物理层和网络层之间为数据链路层(Data Link Layer), 其主要功能包括: 将数据拼接成数据帧结构, 控制数据帧在物理信道上的传输, 为实体网络间提供建立连接、维持和释放的服务, 由接收方的数据流的大小要求调节数据发送速率以使其相匹配。同时完成帧结构框架的构建、错误的查找及纠正以及信道上数据流量的控制, 有效实现点对点或多点间数据的可靠传输。 　　2.2 以太网帧结构 　　以太网帧是网络通信信号的基本单元, 以太网多组数据进行封装, 封装成帧的形式进行发送。以太网 的帧分为数据帧和管理帧, 其中数据帧分为标准帧和V L A N扩展帧。 和 分别显示了以太网标准帧和V L A N采用的扩展帧的机构, 传输是数据从左面开始传输。在两种帧结构下的区别在源地址与数据长度间是否有4 个字节的标志位来区别, 两种形式下的以太网帧都包含帧前导(Preamble)、帧起始符(SFD)、MAC 地址、数据类型/ 长度(Length/Type)、数据字段、帧检验字段(FCS),其中帧前导由7 个字节0x55 构成, 帧起始由7 个字节0xd5 构成, 帧检验字段是为从MAC 地址开始通过CRC校验生成4 个字节的校验和 ; 对于选择无论什么样的帧格式, 都必须要由7 个字节帧前导、1 个字节帧起始、4 个字节帧校验字段FCS, 这三个字段在本文中选择的芯片上必须要满足, 否则是数据不能穿透PHY 进行传输。 　　3 实现以太网传输PHY 芯片的硬件设计 　　3.1 PHY 芯片接口 　　通过F P G A 实现千兆光纤以太网数据传输选择了88E1111 物