千兆以太网物理层的高速传输设计.pdfVIP

第33卷第ll期 核 技 术 Vbl．33．No．1l 2010年11月 NUCLEAR November20lO TECHNIQUES 基于千兆以太网物理层的高速传输设计 孔阳武杰马毅超韩昭 (中国科学技术大学近代物理系，物理电子学安徽省重点实验室合肥230026) 摘要大型传感器网络中，由于传感器节点众多，系统传输数据量大，需要一种稳定的高速数据传输。千兆 以太网l000BAsE．T采用非屏蔽双绞线作为传输介质，能在普通的5类线上实现100m以上的远距离高速传 输。本文介绍利用千兆以太网物理层芯片(PHn作为数据收发器的高速传输节点，通过 FPGA(Field·Prog阳mmableGate—蛔y)产生MAc协议帧，再通过PHY实现高速数据传输。这种方法把FPGA 的高速数据处理能力和PHY的驱动能力结合起来，可解决各种物理实验和仪器中的高速远距离数据交换问题， 比常规的用CPU+MAC控制器+PHY的方式所实现的数据传输速率高得多，实验测试验证了设计的正确性和 可靠性。 关键词传感器网络，千兆以太网，现场可编程门阵列，数据传输 中图分类号1N914．3 大型传感器网络广泛应用于高能物理、核电站 义的以太网MAC功能映射到现存的编码和物理层 以及地质勘探仪器中，特点为分布区域广、采集节 点多、传输数据量大、自动控制程度高等【l】。有线 8B／lOB编码方式，而采用4D．队M5(Follr 传感器网络具有高数据率和实时数据传输的优点。 Dimensional．Pulse AmplitudeModulation)编码方式， 这些大型分布式传感器系统通常由大量数据采集节 将数据调制到5电平信号上。PMA子层实现真正与 点、高速传输节点以及主机构成。如何实现高速稳 传输介质相关的通信，数据发送过程中，通过 Medium 定的数据传输通道，对于系统设计是一个挑战。当 GMII(G蟾abitIndependeIltInterface)接口输 前有线传输方案中多用光纤传输设计12J，但光纤对 环境稳定性有很高要求。因此，在温度、湿度变化 频繁、震动较多的环境中采用双绞铜缆千兆以太网 PMA层后产生5电平的差分信号输出，再通过变压 的传输设计是一个合适的选择。 器和IU45转接头，连接到5类线上。 千兆以太网是一种成熟的高速传输设计方案， 本文提出一种基于千兆以太网物理层的高速传 多用于网络设计，有双绞线、光纤等传输协议。其 输方案，在现场可编程逻辑器件(FPGA)上实现 传输稳定性高、与主机接口简单，且传输距离远 GMII接口及多个接口间的数据交换’。 (802．3标准支持百米)，是一种合适的高速数据传输 l传输系统构架和硬件设计 方式。1000BASE．T是一种基于非屏蔽双绞线传输 PHY编码 介质的传输协议，使用铜物理层Copper 传感器网络中有大量数据节点和控制节点，本 解码方式，传输距离100 m。1000BASE．T在传输 设计采用低速链串联采集节点，高速链汇集各低速 M／100 中使用4对双绞线(10 M模式时仅使用2对)， 链数据