FPGA实现光纤通信(1)——光纤通信简介

前言

随着社会的不断发展,人们对于带宽的需求不断提升,传统的并行总线的数据传输方式已经远远不能满足如万兆以太网、PCI-Express、SRIO、SFP等技术的需求方案,这时,使高速串行数据开始被广泛使用,Xilinx系列FPGA内部集成了能实现高速数据收发串并/并串转换,预加重、接收均衡、CDR、8B/10B线路编码、弹性buffer、通道绑定和时钟修正等模块,可极大地减少时钟扭曲、信号衰减和线路噪声对接收性能的影响,从而使传输速率进一步提高,可用于实现万兆以太网、PCI-Express、SRIO、SFP等常用接口。而我们本次使用的高速光纤通信属于其中的一种,属于是高速串行通信。

简介

光纤通信属于高速串行通信,接口类型为SFP接口,数据传输介质为光纤。常见的光纤接口有多种,比如SC型光纤接口,FC型光纤接口,LC型光纤接口,ST型连接器等等,光纤与光口连接需要使用光模块进行电信号到光信号的转换,光纤模块按照速率分主要有100M,1000M,155M,622M,2.5G,10G等,其封装也是多种多样的,我们本次使用到的为光纤线为万兆单模双芯LC-LC光纤跳线3米/15米光纤线,如下图所示。

结语

本次就简单介绍一下有关光纤通信的基本知识,后面将会详细介绍光纤通信的眼图测试以及8B/10B编码数据回环测试等等。

### FPGA 光纤通信接口设计方案 #### 设计目标 为了实现稳定可靠的光纤通信FPGA 需要具备处理高速数据传输的能力。通常情况下,10Gbps 的以太网光口与高速串行接口被广泛应用于此类场景中[^1]。 #### 接口选择 对于10G以太网光口的设计,推荐采用支持SFP+模块的标准物理层(PHY)芯片。这些PHY 芯片能够提供电气到光学信号转换的功能,并且可以方便地集成至基于Xilinx FPGA 的系统当中。 #### 数据路径规划 在设计过程中,需特别注意数据通路的规划。应确保从外部接收的数据流能顺利进入FPGA内部逻辑并完成必要的协议解析;同时也要保障发送方向上的数据准备就绪后可及时传送给对应的发射端器件。 #### 时钟同步机制 考虑到高速率下的抖动容忍度以及误码性能指标,在实际项目开发里往往还需要引入专门用于维持收发两端之间相位一致性的锁相环(PLL),以此来保证整个链路上各节点间良好的时间协调关系。 #### 测试验证方法论 针对上述提到的关键环节——即硬件连接、软件配置文件编写等方面的工作完成后,则可通过执行特定模式下的自检程序来进行初步功能性检验。例如设置成回送(loopback)状态以便观察远近两侧设备间的交互情况是否正常等操作均有助于发现潜在缺陷所在之处。 ```verilog // Verilog代码片段展示了一个简单的loopback功能实现方式 module loopback ( input wire clk, input wire rst_n, input wire [7:0] rx_data, // 假设8-bit宽的数据线宽度 output reg [7:0] tx_data ); always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if (!rst_n) tx_data <= 8'b0; else tx_data <= rx_data; // 将接收到的数据直接转发出去形成闭环结构 end endmodule ```
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