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10G EPON物理层的设计与实现

李伟  
【摘要】: 本文主要阐述了基于FPGA的10G EPON物理层的设计与实现。首先介绍了以太网技术、接入技术的发展历程以及10G EPON系统的工作原理和相关理论知识,随后介绍了ESL建模在整个系统设计中的应用,然后重点阐述了10G EPON物理层的硬件设计、EDA仿真验证及FPGA测试。对10G EPON物理层上下行方向的各个子功能模块,如高速同步模块、加解扰模块、64/66B编解码模块、变速箱模块、带宽增益调整模块以及前向纠错编解码模块等都提供了基于ESL建模和FPGA实现的完整解决方案。最终,论文设计的10G EPON系统物理层实现了10G EPON协议标准——IEEE802.3av中物理层规范的所有逻辑功能。 系统设计中,按照自上而下的设计流程完成了各个子模块的设计。首先对IEEE802.3av协议标准进行认真分析和研究,规划出各个模块的逻辑需求规格书。接下来,根据逻辑需求规格书,对每个模块所列出的主要功能点进行总体方案设计。之后,基于高级语言(SystemVerilog)完成了10G EPON系统物理层的ESL建模,从而保证了系统功能的可实现性。随后,完成了系统各级子模块的详细设计方案、RTL编码。最后,在开发工具ISE10.1中完成了综合、布局布线等工作。 系统验证中,采取由里向外的验证策略。先对各级子模块进行单元验证(Unit Test,UT)。在充分保证了各级子模块功能正确性的前提下,再分别从数据通路和协议通路对各级模块联调,进行集成验证(Integrate Test,IT)。最后,进行基于整个10G EPON系统的系统验证(System Test,ST)。通过对综合业务功能(自动注册,测距,多点控制协议处理,动态带宽分配等)的验证,确保了整个10G EPON系统的硬件可实现性及其模块间的兼容性、稳定性。 最后,基于Xilinx公司Virtex5-330T的FPGA平台,对本论文所设计的10G EPON物理层进行了各种业务功能、系统性能及互通性的测试。测试结果表明,设计的10G EPON系统的物理层实现了协议标准所规定的各项逻辑功能特性,包括线路速率恒定,高速码流动态平衡,时延固定,带宽守恒等。此外,高速同步锁定时间和系统误码率指标也都达到了IEEE802.3av所规定的性能指标,为10G EPON系统的应用空间扩展提供了保障。


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