SGMII及其應用

了解SGMII及其在FPGA中的角色

SGMII是什么？

串行千兆媒體獨立接口（SGMII）是連接千兆以太網(wǎng)（GbE）MAC（媒體訪問控制）和PHY（物理層）芯片的標準，常用于需要高速數(shù)據(jù)傳輸的網(wǎng)絡應用中，如以太網(wǎng)交換機、路由器和其他網(wǎng)絡設(shè)備。

與提供MAC和PHY之間簡單互連的并行GMII（千兆媒體獨立接口）不同，SGMII使用串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸。它有助于將MAC和PHY之間通信所需的引腳數(shù)量減少一半以下，從而使其適用于高密度設(shè)計。SGMII還支持自動協(xié)商，允許設(shè)備自動配置和同步設(shè)置（如100 Mb/s與1Gb/s以太網(wǎng)），從而優(yōu)化通信。

SGMII要求MAC和PHY共享參考時鐘，以保證同步。時鐘方案對于正確的數(shù)據(jù)傳輸和接收至關(guān)重要。SGMII采用8b/10b編碼，提供直流（DC）平衡，確保時鐘恢復有足夠的轉(zhuǎn)換。這種編碼方案有助于保持可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)鏈路。SGMII支持自動協(xié)商功能，允許設(shè)備自動形成鏈路參數(shù)，保證了設(shè)備之間的最佳通信。

SGMII的常見用例

SGMII在現(xiàn)代網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)揮著重要作用，它不僅能促進網(wǎng)絡設(shè)備之間的高速通信，還能靈活兼容各種物理層技術(shù)。

SGMII可適應不同的網(wǎng)絡環(huán)境，并可與多種物理層技術(shù)（如光纖與銅纜）配合使用，因為它與介質(zhì)無關(guān)。以下是一些使用實例：

• 以太網(wǎng)交換機是局域網(wǎng)（LAN）和數(shù)據(jù)中心的重要組成部分，可提供高效的數(shù)據(jù)包交換和網(wǎng)絡連接。SGMII主要用于以太網(wǎng)交換機，促進交換機MAC模塊與連接到不同網(wǎng)絡端口的PHY設(shè)備之間的通信。
• 路由器使用SGMII處理各種網(wǎng)絡環(huán)境中的高速數(shù)據(jù)通信。
• SGMII用于網(wǎng)絡接口卡（NIC）的設(shè)計，可提供高速以太網(wǎng)連接，并使用SGMII連接網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施。
• 網(wǎng)絡附屬存儲（NAS）系統(tǒng)經(jīng)常使用SGMII來實現(xiàn)網(wǎng)絡存儲設(shè)備與網(wǎng)絡其他部分之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，這對于快速訪問存儲數(shù)據(jù)必不可少。
• 在光纖通信中，SGMII可與光纖收發(fā)器結(jié)合使用，通過光鏈路實現(xiàn)千兆位以太網(wǎng)連接。
• 對于工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)，SGMII可用于支持工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡中各種設(shè)備之間的高速通信，如安全門和ID證件閱讀器等。對于汽車系統(tǒng)，SGMII可用于電子控制單元（ECU）之間的車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，包括信息娛樂系統(tǒng)。

SGMII的使用范圍還包括其他各種網(wǎng)絡應用，在這些應用中，MAC層和PHY層之間的高速串行通信至關(guān)重要。

SGMII在FPGA中的作用

FPGA通過執(zhí)行GMII轉(zhuǎn)換邏輯，充當MAC和PHY之間的接口，使其能夠在以千兆位速度運行的高速接口上進行通信。FPGA還可以通過SGMII使用路由器、交換機、NIC等應用所需的以太網(wǎng)PHY芯片連接到以太網(wǎng)網(wǎng)絡。

FPGA可以使用SGMII執(zhí)行邏輯任務，如數(shù)據(jù)包解析、過濾、轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡通信所需的其他特定協(xié)議操作。

由于SGMII支持高速串行通信，因此FPGA可以低延遲和高吞吐量處理大量網(wǎng)絡通信。它還提供了靈活性和定制選項，因此設(shè)計人員可以定制FPGA邏輯，以滿足特定的應用要求，如處理算法和系統(tǒng)配置。

作為低功耗可編程解決方案的領(lǐng)先供應商，萊迪思提供了SGMII IP核，這一全面的工具旨在連接以太網(wǎng)MAC和PHY。該解決方案是橋接應用和PHY實現(xiàn)的理想選擇，也是連接分散的以太網(wǎng)PHY芯片的首選解決方案。它與一系列萊迪思FPGA系列完全兼容，包括Avant?、Certus?-NX、CertusPro?-NX、CrossLink?-NX和MachXO5?-NX。