Implementace auto-negociace pro Ethernetové rozhraní o rychlostech 25-100 Gb/s
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Bakalářská práce se zabývá návrhem auto-negociační komponenty pro síťové karty řízené hradlovými poli. Funkce auto-negociace slouží pro dohodu parametrů síťového provozu mezi dvěma stranami síťového kanálu. Mezi dohodnutelné parametry patří komunikační rychlost, schopnost pozastavení provozu a schopnost provozovat Forward Error Correction (FEC). V úvodu jsou představeny vnitřní bloky architektury UltraScale+ společnosti Xilinx, kde je nejvíce pozornosti věnováno blokům GTY. Dále jsou představeny zásady klauzule 73, standardu IEEE 802.3-2018, jež popisuje mechanismus funkce auto-negociace. Návrh je proveden v jazyce VHDL pro linkovou komunikační rychlost 25~Gb/s a zahrnuje popis postupů a případných změn, které je nutno provést při implementaci zmíněné funkce na hradlových polích využívající vysokorychlostní transceivery. Následně byla funkčnost zapojení ověřena v simulacích, jejichž výsledky jsou poskytnuty rovněž v této práci. Na závěr bylo provedeno testování auto-negociační funkce obsluhované zde vytvořenou komponentou, pročež byla využita síťová karta řízená hradlovým polem Virtex 7 UltraScale+. Při testování bylo využito zavedení sond Integrated Logic Analyzer (ILA) do struktry návrhu. Dosažené výsledky testování, věnující se jak průběhu auto-negociace, tak procesům ve fyzické vrstvě, jsou zde náležitě okomentovány.
This bachelor's thesis addresses the design of the auto-negotiation component for network interface cards controlled by FPGAs. Auto-negotiation function allows to advertise the available communication parameters, like the link speed, the transmission pause ability or Forward Error Correction (FEC) ability, by either side of the common link and determine the common abilities, which will be used to establish a connection. In the beginning, the internal parts of Xilinx UltraScale+ FPGA family are introduced with greater emphasis on the description of GTY transceivers. In the next chapter are introduced the mechanisms of auto-negotiation function as described in clause 73 of the IEEE 802.3-2018 standard. The design here is created for Ethernet interfaces running at speed 25~Gbps and is written in VHDL language. The next chapter describes the necessary steps which are required for the implementation on the FPGAs, where high-speed transceivers are in use. Function of the created design was then checked within a simulation and the correspondent results are also provided in this thesis. In the end, the testing of the designed auto-negotiation component took place for which the network card with Vitex 7 UltraScale+ FPGA was used. The testing process includes the use of the Integrated Logic Analyzer (ILA) which was inserted into final design. The achieved results from testing of both, the auto-negotiation process and surrounding physical layer processes, are described here with proper commentary.
This bachelor's thesis addresses the design of the auto-negotiation component for network interface cards controlled by FPGAs. Auto-negotiation function allows to advertise the available communication parameters, like the link speed, the transmission pause ability or Forward Error Correction (FEC) ability, by either side of the common link and determine the common abilities, which will be used to establish a connection. In the beginning, the internal parts of Xilinx UltraScale+ FPGA family are introduced with greater emphasis on the description of GTY transceivers. In the next chapter are introduced the mechanisms of auto-negotiation function as described in clause 73 of the IEEE 802.3-2018 standard. The design here is created for Ethernet interfaces running at speed 25~Gbps and is written in VHDL language. The next chapter describes the necessary steps which are required for the implementation on the FPGAs, where high-speed transceivers are in use. Function of the created design was then checked within a simulation and the correspondent results are also provided in this thesis. In the end, the testing of the designed auto-negotiation component took place for which the network card with Vitex 7 UltraScale+ FPGA was used. The testing process includes the use of the Integrated Logic Analyzer (ILA) which was inserted into final design. The achieved results from testing of both, the auto-negotiation process and surrounding physical layer processes, are described here with proper commentary.
Description
Citation
VÁLEK, V. Implementace auto-negociace pro Ethernetové rozhraní o rychlostech 25-100 Gb/s [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2021.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Zdeněk Smékal, CSc. (předseda)
doc. Ing. Jaroslav Sklenář, CSc. (místopředseda)
Ing. Matěj Ištvánek (člen)
Ing. Jan Pospíšil (člen)
Ing. Lukáš Benešl (člen)
Ing. Vojtěch Fiala (člen)
Date of acceptance
2021-06-15
Defence
Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky.
Otázky oponenta: Jaké hodnoty taktovacích frekvencí jste ve vašem návrhu použil a proč? Ve zdrojových kódech explicitně definujete implementaci stavového automatu s kódováním one-hot. Proč jste zvolil právě toto kódování? Jaké jsou jeho výhody a nevýhody? V kapitole 6 uvádíte, že pro správnou funkci mechanismů v GTY transceiverech, jako je například regenerace hodinového signálu, jsou nutné velmi časté změny hodnot v přijímaném signálu, což je ve vašem případě problém kvůli klonování bitů auto-negociačních dat. Uvedl byste prosím toto tvrzení na pravou míru? GTY transceivery používají kódování 8B/10B, které by mělo zaručit dostatečné množství přechodů úrovní signálu pro regeneraci hodinového signálu, a to v případě jakékoliv kombinace přenášených dat.
Otázky komise: V čem jste dělal simulaci? Navrhoval jste i samotný hardware?
Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení