第4節 基于Xilinx FPGA的千兆以太網控制器的開發

千兆以太網MACIP Core的配置界面如圖10-36所示。GEMAC控制器所實現的主要功能如圖10-37所示，包括發送引擎、接收引擎、流控制、GMII接口、客戶發送接口、客戶接收接口以及客戶管理接口。

圖10-37 千兆以太網MACIP Core的主要功能示意圖

下面給出相應模塊的功能和接口信號說明。

1）發送引擎

發送引擎通過客戶發送端口接收以太網的數據幀，并在幀頭添加幀引導區域，甚至在幀長小于最短要求時，添加一定的冗余比特。同時，該模塊還會在連續的數據幀之間插入以太網協議所規定的最小延時，將用戶數據轉化成標準的GMII數據幀，并送至GMII模塊。在應用時，面向用戶的操作就是將用戶數據讀入GEMAC核內部

該模塊接口信號的簡要信息如表10-10所列。

表10-10 發送引擎接口信號列表

發送引擎的時序如圖10-38所示。當客戶端有數據發送時，將tx_data_valid拉高，同時將數據的第一個字節置于tx_data端口；當GEMAC將第一字節數據讀入后，會將tx_ack信號拉高，用戶端邏輯檢測到tx_ack為高時，要在下一個時鐘上升沿將其余的數據發送到數據端口上，當數據發送完畢后，將x_data_valid拉低。

圖10-38 發送引擎的時序圖

2）接收引擎

接收引擎接收來自GMII模塊的數據，去掉幀頭的引導區域，包括為了增加幀長的冗余比特。此外，該模塊還能根據數據幀中的檢驗序列區域、接收到的GMII錯誤碼字以及幀長信息完成錯誤檢測，主要接口信號的簡要說明如表10-11所列。

表10-11 接收引擎接口信號列表

接收引擎的時序如圖10-39所示。客戶端邏輯必須在任何時候都準備好接收數據，因為在GEMAC核中沒有接收緩存，有時延就會丟失數據，因此用戶可自己添加緩沖邏輯。rx_data_valid為高時立即開始接收連續數據，在檢測到rx_data_valid變低后，判斷rx_good_frame信號的電平，如果為高則繼續處理該幀數據，否則直接丟棄。

圖10-39 接收引擎的時序圖

3）流控制

流控制模塊是根據IEEE 802.3-2002標準的31項條款設計的，在發送時附帶暫停幀，接收時也需要對其處理。在GEMAC核中，它是自動配置的，同時，也提供了用戶自定義的配置端口，如表10-12所列。

表10-12 流控制接口信號