Xilinx提供了一個(gè)1G/10G/25G Switching以太網(wǎng)IP，該IP可以動(dòng)態(tài)切換為1G以太網(wǎng)或者10G/25G以太網(wǎng)，它們共享同一個(gè)GT/SERDES端口。

這個(gè)IP目前僅支持比較新的器件，如UltraScale/UltraScale+，Versal；如果需要使用7系列器件，可以到Xilinx主頁(yè)搜索參考設(shè)計(jì)XAPP1243；又或者，如果想有更大的設(shè)計(jì)修改余地，而不想用IP，那UltraScale/UltraScale+也有參考設(shè)計(jì)XAPP1307

1G/10G/25G Switching以太網(wǎng)IP的結(jié)構(gòu)：

實(shí)際上，這個(gè)Switching IP內(nèi)部，直接調(diào)用了，另外兩個(gè)Xilinx以太網(wǎng)IP core，分別是10G/25G Ethernet Subsystem IP和1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP，然后共享了用戶(hù)側(cè)數(shù)據(jù)接口，和物理層GT端口。當(dāng)需要切換速率的時(shí)候，IP只需要用選擇器選擇，走的是10G/25G IP還是1G IP，同時(shí)通過(guò)GT的DRP端口，動(dòng)態(tài)切換GT的線(xiàn)速。

也正因?yàn)槭沁@樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于一些更細(xì)致具體的信息，如1588功能或者寄存器定義，可以在10G/25G IP文檔PG210，以及1G IP文檔PG138或PG047里面找到。

如何手動(dòng)切換IP的速率：

手動(dòng)模式下，Switching IP通過(guò)信號(hào)“ctl_core_speed_sel”來(lái)配置你所期望的速率，通過(guò)信號(hào)“stat_core_speed”來(lái)觀(guān)察當(dāng)前IP的速率。
實(shí)際上，產(chǎn)生一個(gè)Switching IP的例子工程，例子提供了手動(dòng)切換速率的示例，直接跑功能仿真就能看到。例子工程手動(dòng)切換速率的流程為：

1. 首先拉高代碼里的“mode_change”信號(hào)，開(kāi)始切換

2. 接著例子代碼就會(huì)寫(xiě)IP的寄存器，修改“ctl_core_speed_sel”為需要的速率

3. 并且自動(dòng)通過(guò)GT的DRP接口，修改GT的參數(shù)，動(dòng)態(tài)切換端口線(xiàn)速率

4. 最后等待以太網(wǎng)IP的link up

對(duì)應(yīng)例子工程代碼如下：

對(duì)應(yīng)仿真截屏：

如何使用以太網(wǎng)的自協(xié)商功能，自動(dòng)切換IP的速率：

首先，需要使能IP的自協(xié)商功能，以10G/25G以太網(wǎng)IP為例，拉高信號(hào)“ctl_autoneg_enable”，拉低信號(hào)“ctl_autoneg_bypass”，并且兩端的以太網(wǎng)要設(shè)置不同的AN Nonce Seed的值，這樣10G的自協(xié)商就可以自動(dòng)成功完成。

要注意的是，無(wú)論是10G/25G還是1G的以太網(wǎng)協(xié)議，都要求兩端同時(shí)打開(kāi)自協(xié)商，或者同時(shí)關(guān)閉自協(xié)商，兩端才能link up；一端開(kāi)一端關(guān)的話(huà)，自協(xié)商是無(wú)法成功的。

接下來(lái)，如果10G/25G的自協(xié)商失敗了，例如對(duì)端其實(shí)是一個(gè)1G的以太網(wǎng)器件，那么自協(xié)商狀態(tài)機(jī)會(huì)走到Parallel Detection狀態(tài)，Switching IP就會(huì)自動(dòng)切換速率到1G，再進(jìn)行下一步操作。PG292對(duì)自協(xié)商速率的流程有如下描述：

A block diagram of the 1G/10G/25G Ethernet Subsystem with Auto-Negotiation (AN) with Parallel Detection (PD) is shown in the following figure. The Parallel Detection is done inside the AN RTL, which is encrypted. As a result of PD, only the AN is resolved to 1G speed.

這里提到的Parallel Detection就是源自IEEE802.3協(xié)議關(guān)于10G以太網(wǎng)自協(xié)商定義的那部分，狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)里的一個(gè)狀態(tài)；當(dāng)10G自協(xié)商不能成功，狀態(tài)機(jī)就會(huì)跳到這個(gè)PD狀態(tài)。有興趣的可以打開(kāi)IEEE802.3的Clause 73章節(jié)了解進(jìn)一步的詳情。

整個(gè)流程，從仿真里看，如下截屏：

由于以太網(wǎng)自協(xié)商的過(guò)程中，里頭的狀態(tài)都有計(jì)數(shù)器時(shí)間定義需要等待，所以在仿真里需要很長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)間才能完成，因此并不建議自協(xié)商做功能仿真。

以上就是1G/10G/25G Switching以太網(wǎng)IP的手動(dòng)和自動(dòng)兩種切換速率的原理和方法。


審核編輯：湯梓紅