基于FPGA Kintex-7 SFP+光口的10G UDP網(wǎng)絡(luò)通信開發(fā)案例

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前言自著名華人物理學(xué)家高錕先生提出“光傳輸理論”，實用化的光纖傳輸產(chǎn)品始于1976年，經(jīng)歷了PDH→SDH→DWDM→ASON→MSTP的發(fā)展歷程。本世紀(jì)初期，ASON/OADM技術(shù)已在通信技術(shù)當(dāng)中廣泛應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為以骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸為介質(zhì)的ROADM技術(shù)。
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圖1
光通信技術(shù)具有如下特點：
(1) 信息容量大。
(2) 損耗低，可長距離傳送。
(3) 抗電磁干擾能力強。
(4) 安全性能和保密性好。
(5) 重量輕，體積小，便于施工維護(hù)。
(6) 原材料來源豐富潛在價格低廉。
得益于以上特點，光通信在軟件無線電、視頻追蹤、光電探測、定位導(dǎo)航、水下通信、電力設(shè)備等場合應(yīng)用十分廣泛。而10G光模塊經(jīng)歷了從300Pin、XENPAK、X2、XFP的發(fā)展，最終實現(xiàn)了用和SFP一樣的尺寸傳輸10G的信號，這就是SFP+。SFP憑借其小型化、低成本等優(yōu)勢滿足了設(shè)備對光模塊高密度的需求，從2002年標(biāo)準(zhǔn)推行到2010年，已經(jīng)取代XFP成為10G市場主流。
創(chuàng)龍科技(Tronlong)的Kintex-7、Zynq-7045/7100等處理板卡已提供2/4通道SFP+光口，可實現(xiàn)UDP或Aurora 10G光口通信。本文將為您分享基于Kintex-7 FPGA SFP+光口的10G UDP網(wǎng)絡(luò)通信開發(fā)案例。如需基于Kinte-7 FPGA或者ZYNQ的Aurora開發(fā)案例，歡迎與我們聯(lián)系。

1 硬件平臺本文基于創(chuàng)龍科技TLK7-EVM評估板進(jìn)行演示。
TLK7-EVM是一款基于Xilinx Kintex-7系列FPGA設(shè)計的高端評估板，由核心板和評估底板組成。核心板經(jīng)過專業(yè)的PCB layout和高低溫測試驗證，穩(wěn)定可靠，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。
評估板接口資源豐富，引出FMC、SFP+、PCIe、SATA、HDMI等接口，方便用戶快速進(jìn)行產(chǎn)品方案評估與技術(shù)預(yù)研。
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圖2 TLK7-EVM評估板
開發(fā)案例主要包括：
● CameraLink、SDI、HDMI、PAL視頻輸入/輸出案例
● 高速AD(AD9613)采集 +高速DA(AD9706)輸出案例
● AD9361軟件無線電案例
● UDP(10G)光口通信案例
● UDP(1G)光口通信案例
● Aurora光口通信案例
● PCIe通信案例
案例源碼、產(chǎn)品資料（用戶手冊、核心板硬件資料、產(chǎn)品規(guī)格書）可點擊獲�。�http://site.tronlong.com/pfdownload

2 案例功能評估板通過SFP+光口接收上位機數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)重新發(fā)送至上位機(PC)，以驗證基于SFP+光口的10G UDP網(wǎng)絡(luò)通信功能。評估板作為UDP Server，上位機作為UDP Client。
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圖4 程序功能框圖

3 案例演示將ZBNET的萬兆網(wǎng)卡MCX311插入PC機的PCIe插槽中，并將一個SFP+多模雙纖光模塊接入萬兆網(wǎng)卡，將另一個SFP+多模雙纖光模塊接入評估板SFP1光口。使用兩根光纖線纜分別將SFP1的RX與萬兆網(wǎng)卡的TX相連接，SFP1的TX與萬兆網(wǎng)卡的RX相連接。SFP1光口使用GTX Quad 116的MGTXRX_0、MGTXTX_0引腳。
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圖5
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圖6

評估板IP地址已通過udp_ip_10g模塊配置為192.168.0.25。請設(shè)置PC機IP地址與評估板IP地址處于同一網(wǎng)段。此處將PC機IP地址設(shè)置為192.168.0.88，子網(wǎng)掩碼設(shè)為255.255.254.0。
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圖7

請運行程序，此時PC機將會識別網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)為10Gbps。
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圖8
由于udp_ip_10g模塊不支持ARP(Address Resolution Protocol)地址解析協(xié)議，因此需通過添加評估板IP地址和MAC地址的靜態(tài)映射關(guān)系。請以管理員身份打開Windows PowerShell，并執(zhí)行如下命令。
Windows#arp -s 192.168.0.25 00-23-20-21-22-23 //添加評估板IP地址和MAC地址的靜態(tài)映射關(guān)系
Windows#arp -a //查看添加狀態(tài)
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圖9

雙擊打開產(chǎn)品資料“4-軟件資料\Tools\”目錄下的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具SocketTool_NoAD.exe，在彈出的界面中點擊“UDP Client ->創(chuàng)建”，在“對方IP”中輸入評估板IP地址，再點擊確定。
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圖10

在“數(shù)據(jù)發(fā)送窗口”中輸入需發(fā)送至評估板的數(shù)據(jù)，再點擊“發(fā)送數(shù)據(jù)”。“數(shù)據(jù)接收及提示窗口”中將打印由PC機發(fā)送至評估板，以及由評估板發(fā)送至PC機的數(shù)據(jù)。
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圖11

4 模塊/IP核配置4.1 cdcm6208_spi_cfg模塊本案例使用cdcm6208_spi_cfg模塊配置CDCM6208的Y7時鐘管腳輸出156.25MHz時鐘，作為GTX Quad 116的參考時鐘。
更多說明可參考clkgen_cdcm6208案例相關(guān)內(nèi)容。


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圖12

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圖13

4.2 10G Ethernet PCS/PMA IP核本案例使用10G Ethernet PCS/PMA IP核實現(xiàn)物理層（PCS與PMA）功能。
10G Ethernet PCS/PMA IP核開發(fā)文檔為產(chǎn)品資料“6-開發(fā)參考資料\Xilinx官方參考文檔\”目錄下的《pg068-ten-gig-eth-pcs-pma.pdf》，具體配置說明如下。
（1） 選中"Additional transceiver control and status ports"，新增并設(shè)置TX Pre-Cursor、TX Post-Cursor和TX Diff Swing選項值，以提高GTX信號傳輸質(zhì)量。其中tx_pre_cursor設(shè)置為0x15、tx_pre_cursor設(shè)置為0xA、tx_diff_swing設(shè)置為0x9。
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圖14
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圖15
（2） 勾選Shared Logic的"Include Shared Logic in core"，配置10G Ethernet PCS/PMA IP核包含共享邏輯。
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圖16

4.3 udp_ip_10g模塊本案例使用udp_ip_10g模塊實現(xiàn)10G UDP協(xié)議棧與MAC層。
udp_ip_10g模塊開發(fā)文檔為產(chǎn)品資料“6-開發(fā)參考資料\其他參考文檔\”目錄下的《udp_ip_10g.pdf》。udp_ip_10g模塊源碼為"project\udp_10g_echo.srcs\sources_1\imports\udp_ip_10g_stack\"。


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圖17 udp_ip_10g模塊主要特性
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圖18 udp_ip_10g模塊邏輯框架

udp_ip_10g模塊具體配置說明如下。

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圖19

（1） 設(shè)置鏈路速率為10Gbps。
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圖20

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圖21

（2） 設(shè)置評估板MAC地址為00-23-20-21-22-23，IP地址為192.168.0.25，子網(wǎng)掩碼為255.255.254.0。
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圖22

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圖23

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圖24
5 免費試用可向廠家申請TLK7-EVM評估板進(jìn)行快速評估，免費哦！
Kintex-7 FPGA：311416997、101245165
Zynq-7000：645235672、193393878

7 更多推薦基于Kintex-7 FPGA、ZYNQ的CameraLink視頻采集案例，下期為創(chuàng)龍科技繼續(xù)為您揭曉，敬請期待。
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圖26

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資料很好，感謝分享

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