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

peng85246 · 發(fā)表于 2021-1-21 19:52:04

前言自著名華人物理學(xué)家高錕先生提出“光傳輸理論”，實(shí)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)。

圖1
光通信技術(shù)具有如下特點(diǎn)：
(1) 信息容量大。
(2) 損耗低，可長(zhǎng)距離傳送。
(3) 抗電磁干擾能力強(qiáng)。
(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(lái)源豐富潛在價(jià)格低廉。
得益于以上特點(diǎn)，光通信在軟件無(wú)線電、視頻追蹤、光電探測(cè)、定位導(dǎo)航、水下通信、電力設(shè)備等場(chǎng)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(shí)現(xiàn)了用和SFP一樣的尺寸傳輸10G的信號(hào)，這就是SFP+。SFP憑借其小型化、低成本等優(yōu)勢(shì)滿(mǎn)足了設(shè)備對(duì)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(chǎng)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(shí)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(kāi)發(fā)案例。如需基于Kinte-7 FPGA或者ZYNQ的Aurora開(kāi)發(fā)案例，歡迎與我們聯(lián)系。

1 硬件平臺(tái)本文基于創(chuàng)龍科技TLK7-EVM評(píng)估板進(jìn)行演示。
TLK7-EVM是一款基于Xilinx Kintex-7系列FPGA設(shè)計(jì)的高端評(píng)估板，由核心板和評(píng)估底板組成。核心板經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的PCB layout和高低溫測(cè)試驗(yàn)證，穩(wěn)定可靠，可滿(mǎn)足各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。
評(píng)估板接口資源豐富，引出FMC、SFP+、PCIe、SATA、HDMI等接口，方便用戶(hù)快速進(jìn)行產(chǎn)品方案評(píng)估與技術(shù)預(yù)研。

圖2 TLK7-EVM評(píng)估板
開(kāi)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(wú)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(hù)手冊(cè)、核心板硬件資料、產(chǎn)品規(guī)格書(shū)）可點(diǎn)擊獲�。�http://site.tronlong.com/pfdownload

2 案例功能評(píng)估板通過(guò)SFP+光口接收上位機(jī)數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)重新發(fā)送至上位機(jī)(PC)，以驗(yàn)證基于SFP+光口的10G UDP網(wǎng)絡(luò)通信功能。評(píng)估板作為UDP Server，上位機(jī)作為UDP Client。

圖4 程序功能框圖

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

圖5

圖6

評(píng)估板IP地址已通過(guò)udp_ip_10g模塊配置為192.168.0.25。請(qǐng)?jiān)O(shè)置PC機(jī)IP地址與評(píng)估板IP地址處于同一網(wǎng)段。此處將PC機(jī)IP地址設(shè)置為192.168.0.88，子網(wǎng)掩碼設(shè)為255.255.254.0。

圖7

請(qǐng)運(yùn)行程序，此時(shí)PC機(jī)將會(huì)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)為10Gbps。

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(guò)添加評(píng)估板IP地址和MAC地址的靜態(tài)映射關(guān)系。請(qǐng)以管理員身份打開(kāi)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(píng)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)

圖9

雙擊打開(kāi)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(diǎn)擊“UDP Client ->創(chuàng)建”，在“對(duì)方IP”中輸入評(píng)估板IP地址，再點(diǎn)擊確定。

圖10

在“數(shù)據(jù)發(fā)送窗口”中輸入需發(fā)送至評(píng)估板的數(shù)據(jù)，再點(diǎn)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(jī)發(fā)送至評(píng)估板，以及由評(píng)估板發(fā)送至PC機(jī)的數(shù)據(jù)。

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(shí)鐘管腳輸出156.25MHz時(shí)鐘，作為GTX Quad 116的參考時(shí)鐘。
更多說(shuō)明可參考clkgen_cdcm6208案例相關(guān)內(nèi)容。


圖12


圖13

4.2 10G Ethernet PCS/PMA IP核本案例使用10G Ethernet PCS/PMA IP核實(shí)現(xiàn)物理層（PCS與PMA）功能。
10G Ethernet PCS/PMA IP核開(kāi)發(fā)文檔為產(chǎn)品資料“6-開(kāi)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(shuō)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(xiàng)值，以提高GTX信號(hào)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。

圖14

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。

圖16

4.3 udp_ip_10g模塊本案例使用udp_ip_10g模塊實(shí)現(xiàn)10G UDP協(xié)議棧與MAC層。
udp_ip_10g模塊開(kāi)發(fā)文檔為產(chǎn)品資料“6-開(kāi)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\"。


圖17 udp_ip_10g模塊主要特性

圖18 udp_ip_10g模塊邏輯框架

udp_ip_10g模塊具體配置說(shuō)明如下。


圖19

（1）設(shè)置鏈路速率為10Gbps。

圖20


圖21

（2）設(shè)置評(píng)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。

圖22


圖23


圖24
5 免費(fèi)試用可向廠家申請(qǐng)TLK7-EVM評(píng)估板進(jìn)行快速評(píng)估，免費(fèi)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(qǐng)期待。

圖26