7 系列 FPGA 万兆以太网通信实现方案

最后将上述 64bit 接口数据经加扰，送入 10G PCS/PMA 核的 XGMII 接口。用户接收时则按逆过程解析网络帧。

1.1.2 MDIO 接口

MDIO 接口用于配置核的寄存器，类似千兆网 PHY 的配置。仅在特定场景下需要，具体寄存器描述见 PG068 的 Configuration Vector 部分。相关时序配置如下：

1.1.3 10G PCS/PMA 核配置

该核需要 License，仅适用于 7 系列 FPGA。核页面如下：

配置时通常不启用 MDIO 接口。时钟和复位部分的使用建议参考官方 Example。

1.1.4 开发要点

借助 GT 核例化后，可按图开发 PCS 相关功能。发送端需将用户帧数据封装起始、结束、空闲码，经加扰、同步字段添加、Gearbox 变速箱及并串转换后送出；接收端则是逆操作。开发重点在于帧数据的封装与解封、同步字段的增添与解析、加解扰，协议层如 UDP/TCP 可根据需求自行实现。

1.2 10G Ethernet Subsystem 核

该核的用户数据接口为 AXIS，是实现万兆网最快捷的方法，同样需要 License。开发时只需关注网络帧的解析与封装，核心结构如下：

核配置界面示例：

根据开发板选择 10GBASE-R 类型及 64bit AXIS 数据接口：

AXI-Lite 配置接口时钟范围，此处未启用流控：

DRP 及状态接口页：

时间戳功能未启用：

时钟及复位选择集成核内外。多通道万兆网通信使用核方式与 UltraScale 系列有所不同，具体请参考 Example。

二、万兆网功能测试

测试基于 UDP 协议栈进行，原理与千兆/40G/50G/100G 以太网相同，差异主要在于用户数据位宽及 CRC 检验的实现难度。

2.1 ARP 及 Ping 功能

通过 Ping 下位机测试 ARP 及 Ping 应答功能。工程实现中，发包前查询 ARP 列表，无果则寻址后再发包，明确场景下也可省略 ARP 寻址。

2.2 巨型帧

不同网络设备支持的最大 MTU 不同，通常为 46~1500 字节。为传输长数据包，采用巨型帧。多级路由下为避免丢弃，需分片处理：首包保持完整 MTU（最大 1500 字节），后续分片去除 UDP 头部。

点到点直连或中间节点支持大 MTU（如 9000 字节）时，可采用标准分片策略或不分片策略。

测试模块产生 8500 字节 UDP 巨型帧，上位机 Wireshark 观测显示分片及偏移量正常。从第 2 个分片开始，不再有 UDP 头部字段。

10G PCS/PMA 核测试结果：

2.3 测速

两个工程向上位机发包，接口空闲时持续上发，测速结果近 9.5 Gbps。