本文開源一個FPGA項目：UDP萬兆光通信。該項目實現了萬兆光纖以太網數據回環傳輸功能。Vivado工程代碼結構和之前開源的《UDP RGMII千兆以太網》類似，只不過萬兆以太網是調用了Xilinx的10G Ethernet Subsystem IP核實現。由于該IP核需要付費使用，本文提供完整工程源碼。

下面圍繞該IP核的使用、用戶接口，以及數據傳輸方案展開介紹。

01軟硬件平臺

• 軟件平臺：Vivado 2017.4;
• 硬件平臺：XC7Z035FFG676-2;

02IP核參數配置

AXI4-Stream數據位寬 ： 選擇64bits。對應的用戶接口時鐘頻率為156.25MHZ。

MAC Options ： 選擇使用AXI-Lite接口對IP核寄存器進行配置，同時需要設置時鐘頻率，這里設置為100MHZ（該設置僅對IP核out-of-context模式的綜合有效）；不使用參數統計和優先級流量控制功能。

PCS/PMA Options： 配置GTX動態重配置端口DRP時鐘為100MHZ（該設置同樣僅對IP核out-of-context模式的綜合有效）；不使用Transceiver Debug功能。

IEEE1588 Options： IEEE1588功能一般用于某些需要進行網絡時間同步的場合，例如音（視）頻傳輸。在本項目中只是進行數據傳輸，因此可以不選擇使用。

Shared Logic： 由于在此項目Vivado工程中只需例化一個該IP核，因此這里選擇Include Shared Logic in core，將共享資源包含在IP內部即可。如果需要例化多個該IP核，只需將其中一個IP核配置為Include Shared Logic in core，其余的都配置為Include Shared Logic in example design。

03用戶接口

• AXI-Stream發送接口

用戶通過該接口將要發送的以太網數據包寫入IP核。另外，由tx_ifg_delay接口控制發送間隔，將其配置為0即可。AXI-Stream發送接口時序如下圖所示。

• AXI-Stream接收接口

用戶通過該接口讀取IP核輸出的以太網數據包。AXI-Stream接收接口時序如下圖所示。

• Pcspma-Status接口

該接口用于輸出IP核內部PCS PMA部分工作狀態，在該工程中只有第0bit有效，用于指示PCS Block Lock。

• Sim-Speed-Up接口

該接口只在仿真時會用到，用于加快仿真速度，在該工程中將其設置為0即可。

• Optical模塊接口

signal_detect：光模塊狀態指示信號，配置為1；

tx_fault：光模塊狀態指示信號，配置為0；

tx_disable：輸出光模塊控制信號。

• Flow-Control接口

在高帶寬、大負荷傳輸場合，一般需要流量控制功能。在該工程不需要發送暫停幀，因此將以下兩個信號設置為0。

s_axis_pause_tvalid & s_axis_pause_tdata。

• AXI-Lite接口

該接口用于讀寫IP核內部寄存器，通過對IP核各參數進行配置，以實現基本的以太網數據包收發功能。

04數據傳輸方案及測試

該項目的功能主要用于實現萬兆以太網光纖數據回環傳輸，在電腦端通過網絡調試助手向FPGA發送數據包，FPGA端接收、緩存數據包后回傳給上位機。以太網數據回環傳輸方案如下圖所示。

其中，時鐘為156.25MHZ，數據位寬為64bits。在UDP IP核和10G Ethernet Subsystem IP核之間，通過插入FIFO實現對每包以太網數據流的緩存功能。

利用wireshark軟件抓取PC端和FPGA端之間以太網雙向傳輸數據包，結果如下圖所示。