基于Xilinx FPGA的千兆以太网及E1信号的光纤传输

图1 系统构成框图

　　E1接口单元的设计

　　在E1信道中，一般每8位组成一个时隙，32个时隙组成一个帧，16个帧组成一个复帧。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1～TS15和TS17～TS31共30个时隙则用来传送话音或数据等信息。如果采用公共信道信令（CCS）模式，TS16就失去了传送信令等信号的用途，TS1～TS31共31个时隙可传送话音或数据等信息。如果采用无帧模式，E1信道将不成帧，而作为一个透明的话音或数据等信息传输通道。一个E1信道可传送N个64Kb/s的话音或数据等信息通道。在随路信令（CAS）模式，N为1～30；在公共信道信令（CCS）模式，N为1～31，而在无帧模式时，N为32。

　　发送方向：E1信号首先经过接口变压器，然后送入单/双变换电路，完成单双变换后送入FPGA芯片。FPGA将E1线路接口单元送来的HDB3数据送入时钟提取模块，提取出E1时钟，并且将HDB3数据转换成NRZ数据，NRZ数据经码速调整后复用成一路125Mb/s数据流，然后送入RocketIO GTP Transceiver 发送接口单元中，和千兆位以太网信号一起进行线路编码，最后形成2.5Gb/s的数据流送入到激光器进行光线路编码进行传输。

　　接收方向：信号经光纤传输后到达接收端，首先恢复成电信号送入到RocketIO GTP Transceiver接收单元中，经时钟提取、信号同步、解码、信号分接，时钟平滑后分接出E1数据流，再经HDB3编码后送入到单双变换电路完成双/单变化，经接口变压器后进行传输。原理框图如图2所示。

图2 E1接口原理框图

　　千兆位以太网接口单元设计

　　千兆位以太网利用原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括CSMA／CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE 802．3标准中所定义的管理对象。千兆位以太网的关键技术是千兆位以太网的MAC层和以太网接口的实现。

　　1、GMII (Gigabit MII)

　　GMII采用8位接口数据，工作时钟125MHz，因此传输速率可达1000Mb/s。同时兼容MII所规定的10/100Mb/s工作方式。接口信号定义如表1所示。

表1 GMII接口信号定义

　　2、Virtex-5以太网媒体接入控制器

　　在Virtex-5 FPGA中，以太网媒体接入控制器(以太网MAC)模块提供了专用的以太网功能，它和Virtex-5 RocketIO GTP收发器以及SelectIO技术相结合，能够让用户与各种网络设备进行连接。在Virtex-5器件中，以太网MAC模块作为一个硬件块集成在FPGA内部。吉比特以太网MAC功能框图如图3所示。

图3 吉比特以太网MAC功能框图