采用FPGA解决通信接口问题

采用FPGA解决通信接口问题

引言

在过去两年里,用于消除IC、

和系统之间数据传输瓶颈的

标准层出不穷,本文将考评通信应用标准部件的某些最流行的标准,并研究众多新标准出现的原因,此外还探讨设计者可如何解决互用性的难题。

新兴接口标准综述

如果查看一下典型通信系统的结构(见图),可以看出很多元件都需要相互进行通信。为满足数据通道中各种元件的不同需求,因而出现了各种不同的接口标准。要了解各种接口的优缺点,就需要查看元件本身及每个元件所发生的通信类型。这里将从光电接口开始,然后逐一介绍内部元件,直至交换架构(switch fabric)。

图1 型通信系统的结构

图2 各种通信接口标准

a.与串并行转换器相连的光电器件

在高速

系统中,传输的数据流需要进行格式转换,即在

时的串行格式及在电子处理时的并行格式之间转换。串化器-解串器 (一般被称作串并行转换器) 就是用来实现这种转换的。串并行转换器与光电

间的接口通常为高速串行数据流,利用一种编码方案实现不同信令,这样可从数据恢复嵌入的

。视乎所支持的通信标准,该串行流可在1.2

b/s (千兆

)、2.488Gb/s (OC-48 / STM-16)、9.953Gb/s (OC-192 / STM-64) 或10.3Gb/s (10千兆以太网)条件下传输。

b.串并行转换器至成帧器接口

在Sonet / SDH的世界中,

中的数据传输往往采用帧的形式。每帧包括附加信息(用于同步、误差监视、保护切换等)和有效载荷数据。传输设备必须在输出数据中加入帧的附加信息,接收设备则必须从帧中提取有效载荷数据,并用帧的附加信息进行系统管理。这些操作都会在成帧器中完成。

由于成帧器需要实现某些复杂的数字逻辑,因而决定了串并行转换器与成帧器间所用的接口技术,采用标准CMOS工艺制造的高集成度IC。目前的CMOS工艺不能支持10Gb/s串行数据流(尽管很多人认为未来的CMOS工艺可以实现此项功能),因此串并行转换器与成帧器间需要并行接口。目前最流行的选择是由光网络互联

(Op

cal Internetworking Forum) 开发的SFI-4,该接口使用两个速度达622Mb/s的16位并行数据流(每个方向一个)。SFI-4与目前很多新兴接口一样,使用源同步时钟,即时钟信号与数据信号共同由传输器件传输。源同步时钟可显著降低时钟信号与数据信号间的偏移,但它不能完全消除不匹配

线路长度引起的偏移效应。16个数据信号和时钟信号均使用IEEE-1593.6标准LVDS信令。该接口仅需在串并行转换器与成帧器间来回传输数据,距离较短,因此无需具备复杂的流控制或误差检测功能。

以太网中也存在类似接口。在10千兆以太网PHY的物理编码子层(PCS)与物理介质连接(PMA)层之间,IEEE-802.3ae规范提供了一种被称作XSBI的接口。这种"10千兆16位接口"在每个方向都具有16位并行数据流及源同步时钟。数据和时钟均使用IEEE-1593.6标准LVDS信令。数据通道使用64b/66b编码方案,其时钟频率为644MHz。

该10千兆以太网规范使用串行接口连接MAC(介质访问控制)层和PHY(物理)层。这个被称作XAUI的接口,也被称为"10千兆连接单元接口",这是一种使用四通道的串行接口,每个通道传输2.5Gb/s有效载荷数据,8b/10b编码使每个通道

的比特率高达 3.125Gb/s。该接口一般用于连接MAC和包含PHY及光器件的独立模块。根据几家制造商的多源协议开发的Xenpak光模块使用XAUI接口。后文还将提到XAUI也用于系统背板。

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