【摘 要】
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随着信息技术的高速发展及大数据等新兴业务的出现,用户对更高带宽和规模的网络需求日益提升。为了应对数据中心等核心网络对高速率和网络负载能力快速增长的需求,以太网正向着更高速率的方向发展。随着新一代400Gbps以太网（400GbE）标准IEEE 802.3bs的颁布,下一代移动网络的转型时刻已经到来。与此同时,高速信号的传输也给以太网物理编码子层（PCS）的设计带来了挑战,功能模块的增加使得设计难度
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随着信息技术的高速发展及大数据等新兴业务的出现,用户对更高带宽和规模的网络需求日益提升。为了应对数据中心等核心网络对高速率和网络负载能力快速增长的需求,以太网正向着更高速率的方向发展。随着新一代400Gbps以太网（400GbE）标准IEEE 802.3bs的颁布,下一代移动网络的转型时刻已经到来。与此同时,高速信号的传输也给以太网物理编码子层（PCS）的设计带来了挑战,功能模块的增加使得设计难度增大了。本文详细研究了IEEE关于400GbE的标准IEEE802.3bs,分析了各种实现方案、功能模块的定义和实现方法,在此基础上采用25Gbps×l6架构设计了400GbE发送端PCS的关键模块,并进行了FPGA仿真和验证。论文采用自顶向下的设计方法,基于Verilog HDL实现了PCS各主要功能模块,包括64B/66B编码,FIFO缓冲器,256B/257B转码,扰码,对齐标志映射与重插入,FEC预交织,RS编码以及内嵌的激励器,进行了仿真和验证。为了提高电路性能,设计中针对扰码模块运用了并行技术和流水线技术进行优化,降低了电路的延迟。预交织模块采用寄存器实现,在完成数据交织功能的同时,实现了不同时钟域信号的衔接。为便于FPGA实现,两路RS编码器各由64个编码模块组成,它们并行工作以实现400Gbps的处理速率。本文的设计已在Xilinx FPGA上实现,论文给出了综合后的电路图和仿真波形,并给出了整个PCS实现后的时序报告和资源利用率。仿真和实现结果表明,本文设计的PCS电路功能正确,时序满足要求,最高时钟频率达到415MHz,总速率可达425Gbps,满足400GbE的要求。本文的研究可应用于超高速以太网通信,对我国高速有线通信的发展和应用具有一定的参考价值。
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