當今，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，采用以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制方面的應用，成為了電子系統(tǒng)設計的熱點。以太網(wǎng)具有價格低廉、穩(wěn)定可靠、傳輸速度快、傳輸距離遠等特點，以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展成熟，具有很高的性價比。采用以太網(wǎng)技術(shù)的設備，可以通過TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)的傳輸，不需要進行傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換，使用和維護設備簡單。隨著技術(shù)的發(fā)展和各類應用的需求，出現(xiàn)了各種以太網(wǎng)的標準，包括標準以太網(wǎng)(10Mbit/s)、百兆以太網(wǎng)(100Mbit/s)、千兆以太網(wǎng)(1000Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太網(wǎng)[1]。不同類型的以太網(wǎng)有其各自需要遵循的標準，同時其所用的傳輸介質(zhì)以及數(shù)據(jù)吞吐量也各不相同。千兆以太網(wǎng)技術(shù)作為新一代的高速以太網(wǎng)技術(shù)，它可以提供1Gbps的通信帶寬，采用和傳統(tǒng)10M、100M以太網(wǎng)同樣的CSMA/CD協(xié)議、幀格式和幀長、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)，給用戶帶來了提高核心網(wǎng)絡的有效解決方案，這種解決方案的最大優(yōu)點是繼承了傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)價格便宜的特點。

對于學習者而言，你就是要搞清楚弄明白以太網(wǎng)如何去實現(xiàn)，在實際操作中怎么去做，從這個角度出發(fā)的話，你就會發(fā)現(xiàn)其實沒那么復雜，這就是說起來沒那么難。那真正實現(xiàn)起來，到具體的各個接口以及細節(jié)的調(diào)試以及調(diào)通，你會發(fā)現(xiàn)還是比較燒腦的。所以呢，咱們先來聊一聊以太網(wǎng)的各個接口，從大體框架來分析如何去學習。

咱們就以千兆以太網(wǎng)舉例，千兆以太網(wǎng)，只是說以太網(wǎng)的速率為千兆，也就是1G。除了千兆網(wǎng)，還有百兆網(wǎng)，萬兆網(wǎng)，當然這些都是指的以太網(wǎng)的速率。不同速率的以太網(wǎng)，在FPGA端的接口表現(xiàn)形式也是不一樣的。下邊就來介紹百兆網(wǎng)和千兆網(wǎng)的接口形式。

這是網(wǎng)口與FPGA連接的常用方案，RJ45就是咱們平常說的水晶頭，Ethernet PHY是以太網(wǎng)的PHY芯片，之后就是Ethernet PHY與FPGA相連。

下邊是以太網(wǎng)PHY芯片與FPGA連接的簡單的架構(gòu)圖(不代表全部的信號輸入輸出端口)

先說百兆網(wǎng)，百兆網(wǎng)的接口一般為MII(Media Independent Interface)，當然10M網(wǎng)用的也是MII接口。下圖是一塊以太網(wǎng)PHY芯片的一些手冊資料截圖。

在百兆網(wǎng)模式下，其RXCLK的周期為40ns，也就是25M，數(shù)據(jù)端口RXD只用了4根線RXD[3:0]，然后25M*4 = 100M，這樣算出來，就是100M的速率了。接著再來說一下千兆網(wǎng)，千兆網(wǎng)的接口，就目前接觸比較多的接口有3種，GMII，RGMII和SGMII。先說GMII，RxClk的周期為8ns，也就是125M，數(shù)據(jù)端口使用了8bit，125M*8 = 1000M，速率就是千兆網(wǎng)了。

還有RGMII，其時鐘頻率也為125M，但是它只使用了4個線，不過，RGMII使用的是雙沿模式，也就是DDR模式，在時鐘的上下沿都可以傳送數(shù)據(jù)。這樣算的話，125M*4*2 = 1000M，還是千兆網(wǎng)。RGMII與GMII主要的區(qū)別就是雙沿采樣與單沿采樣。

之后還有SGMII，全稱為Serial Gigabit Media Independent Interface，也就是串行的以太網(wǎng)接口。RGMII，GMII還是MII，都是使用并行接口，而且還需要隨路時鐘，而SGMII只需要2組線，一組是發(fā)送，一組是接收，當然一組線由兩根差分線組成。SGMII也是需要8/10B編碼。這樣在PCB布線時，就可以節(jié)省一些布線的空間。當然，對于FPGA來講，也節(jié)省了FPGA的引腳資源。SGMII一般在公司的項目會用的多一些，像GMII，RGMI在某寶上賣的開發(fā)板上一般都有。

下面就簡單的說說以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式，IEEE.802.3數(shù)據(jù)格式匯總，幀間隙IFG>=96bittime，10zM/100M/1000M格式一樣。如下圖簡單的端口信號顯示截圖。

審核編輯：湯梓紅