XAUI 接口介紹培訓(xùn)教材電子互聯(lián)

XAUI接口介紹數(shù)據(jù)北研所硬件部門培訓(xùn)主講：鄭國慶日期：Sunday,March16,2025版次：1.0前言隨著多家供應(yīng)商可以提供具有卸載（offload）能力和高密度、低延遲交換能力的網(wǎng)絡(luò)接口適配器，10Gb以太網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈正在迅速成熟。對于許多要求高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域，10Gb以太網(wǎng)正在逐漸引入許多比傳統(tǒng)光纖通道更具有吸引力的特點。隨著市場的成熟，物理層連接方案也有了多種選擇，這正如當年千兆位時代，人們可以在光互連和銅互連之間進行選擇一樣。每種物理層連接方案都在傳輸距離、成本、延遲和物理媒質(zhì)方面具有各自的優(yōu)勢，對于系統(tǒng)級應(yīng)用，必須仔細權(quán)衡這些因素。在板級，由于引腳數(shù)的降低和允許更長的走線長度，XAUI（10Gb附屬單元接口）接口正逐漸替代XGMII（10Gb媒質(zhì)獨立接口）接口。在背板領(lǐng)域，XAUI已經(jīng)成為了10Gb以太網(wǎng)事實上的標準，它可以實現(xiàn)一種低設(shè)計風險、高效率和低成本的機箱與插件板之間的互連。內(nèi)容概述電平數(shù)據(jù)包Higig

概述10GigabitAttachmentUnitInterface(XAUI).pronounced“zowie”IEEEStd802.3ae?-2002現(xiàn)已被批準的XAUI規(guī)范規(guī)定了一種窄而快的數(shù)據(jù)管道，可以使用標準的CMOS集成電路來實現(xiàn)，或者嵌入到ASIC內(nèi)部。這種規(guī)范由4個信號流組成，每個信號流的速度為3.125Gbps，總速度為12.5Gbps。即使考慮到8B/10B的編解碼開銷，仍足以支持10Gbps的信號吞吐率。這個速度也能與SONETOC-1929.953Gbps的速率相匹配。這個規(guī)范還包括其他幾方面的優(yōu)勢，如嵌入時鐘、8B/10B塊編碼，以及數(shù)據(jù)通道之間的自動時延糾正。就像所有的以太網(wǎng)規(guī)范一樣，XAUI條款涉及到了媒介存取控制（MAC）和物理層（PHY）。MAC層負責從設(shè)備處理器接收信息，并將其組成為包含MAC地址、目的地址和以太網(wǎng)需要的其他信息的以太網(wǎng)幀。在物理層，以太網(wǎng)幀經(jīng)過串行化處理輸送到PCB的印制線、短導(dǎo)線或光纖中。XAUI委員會的許多工作都集中在物理層。XAUI還具有一種通道時延自動糾正能力，可以克服信號時延問題。信號可在XAUI線的發(fā)送器端進行發(fā)送，四個通道的布線無需精確匹配，信號將在接收器端自動糾正時延。XAUI定時時鐘嵌入到數(shù)據(jù)之中，使自己成為一種自定時的接口。這使XAUI接口可以自我管理，自己消除在PCB印制線兩端的時鐘相對于信號的時延。在接收器端，再從每個通道上的串行數(shù)據(jù)流中恢復(fù)出嵌入的時鐘。此外，XAUI還提供了一種方法，可以通過一個同步電路來消除四個通道之間的任何時延。在背板上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有下列原因會導(dǎo)致信號損失。首先，背板上的信號衰減在高頻和低頻時并不一致，高頻信號比低頻信號更容易產(chǎn)生衰減。另外，低頻信號和高頻信號在背板上一般是以不同的有效速度進行傳輸?shù)?。其結(jié)果是，在信號線的接收端，數(shù)據(jù)常常會產(chǎn)生相位偏移。這兩個問題，即不一致衰減和相位偏移數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致“符號間干擾”(ISI)畸變。在XAUI規(guī)范之外，半導(dǎo)體廠商們設(shè)計了預(yù)均衡和后均衡技術(shù)來補償有噪聲的背板上的信號損失。后均衡技術(shù)或那些使用在傳輸線接收端的技術(shù)通常成本較高，消耗的功率較大，也比較復(fù)雜，因為接收器中使用的技術(shù)必須能夠從有噪聲的信號中恢復(fù)數(shù)據(jù)和定時，并對任何信號損失進行補償。與后均衡相比，預(yù)均衡技術(shù)是在發(fā)送器端發(fā)送信號之前采用的技術(shù)。預(yù)均衡技術(shù)的實現(xiàn)更簡單，消耗的額外功率很小，并且對設(shè)備的成本沒有任何影響。不過，因為不同長度的印制線需要不同級別的預(yù)均衡，因此在發(fā)送信號時使用的預(yù)均衡的級別必須具備可編程特性。預(yù)均衡或預(yù)加重是克服符號間干擾的一種途徑。預(yù)加重通過檢測信號轉(zhuǎn)換在何時發(fā)生來實現(xiàn)。當信號轉(zhuǎn)換將要發(fā)生時，預(yù)加重使后面的信號位以比沒有轉(zhuǎn)換時更大的幅度進行輸出。由于轉(zhuǎn)換表明一個高頻信號正被傳送，預(yù)加重使高頻信號以比低頻信號更大的幅度進行傳送。如果預(yù)加重的級別按照系統(tǒng)背板的特性進行了適當?shù)恼{(diào)節(jié)，則高頻信號和低頻信號在接收器端應(yīng)該是均衡的，整個信號在到達接收器時將處于正常的幅度。對于很短或衰減較小的傳輸信號線，預(yù)加重過度將會導(dǎo)致信號過沖。這個問題可以通過調(diào)節(jié)預(yù)加重的級別加以解決。高速背板中的另一個難題從因符號間干擾造成的畸變信號中恢復(fù)數(shù)據(jù)。這個問題在有損耗的背板中比較常見，符號間干擾將破壞數(shù)據(jù)的間隔，降低接收器端的時序裕度。當這種情況發(fā)生時，接收到的某些位的時序裕度將少于理想的單元間隔。對于XAUI，理想的單元間隔為320ps。例如，假設(shè)一長串“1”之后是單個“0”，當這個“0”到達接收器時，間隔可能只有200ps。損失的120ps被那一長串的“1”吸收了。預(yù)均衡為這個問題提供了一種解決辦法。對于上述例子，芯片可以用大于理想的320ps的寬度和大于前面數(shù)據(jù)的幅度來發(fā)送單個的“0”。額外的時序?qū)挾葋碜运懊孑^長的“1”。當數(shù)據(jù)通過容易引起損失的背板介質(zhì)到達接收器時，信號線的衰減將使這個“0”的間隔接近理想的單元間隔。電平XAUI接口均采用CML（CurrentModeLogic）電平CML電平是所有高速數(shù)據(jù)接口中最簡單的一種。其輸入和輸出是匹配好的，減少了外圍器件，適合于更高頻段工作。CML常用來做串行數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)速率為2.5Gbps或10Gbps。CML接口的輸出電路形式是一個差分對，該差分對的集電極電阻為50Ω，如下圖中所示，

輸出信號的高低電平切換是靠共發(fā)射極差分對的開關(guān)控制的，差分對的發(fā)射極到地的恒流源

典型值為16mA，假定CML輸出負載為一50Ω上拉電阻，則單端CML輸出信號的擺幅為

Vcc~Vcc-0.4V。在這種情況下，差分輸出信號擺幅為800mV，共模電壓為Vcc-0.2V。若CML輸出采用交流耦合至50Ω負載，這時的直流阻抗有集電極電阻決定，為50Ω，CML輸出共模

電壓變?yōu)閂cc-0.4V，差分信號擺幅仍為800mV。在交流和直流耦合情況下輸出波形見圖。CML輸入結(jié)構(gòu)有幾個重要特點，這也使它在高速數(shù)據(jù)傳輸中成為常用的方式，如圖所示：CML輸入阻抗為50Ω，容易使用。輸入晶體管作為射隨器，后面驅(qū)動一差分放大器。CML的輸入輸出參數(shù)CML到CML的連接CML到CML之間連接分兩種情況，當收發(fā)兩端的器件使用相同的電源時，CML到CML可

以采用直流耦合方式，這時不需加任何器件；當收發(fā)兩端器件采用不同電源時，一般要考慮

交流耦合，如圖中所示，注意這時選用的耦合電容要足夠大，以避免在較長連0或連1情

況出現(xiàn)時，接收端差分電壓變小。數(shù)據(jù)包Higig

Higig協(xié)議是一種標準，通過使用這種標準，我們能把多個交換設(shè)備連接成一個簡單的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以是多個堆疊的交換產(chǎn)品，也可以是由多個交換邏輯和Fabric(5670,5671)組成的機架式設(shè)備。Higig協(xié)議允許轉(zhuǎn)發(fā)單播報文、廣播報文、二層多播報文、IP多播報文、未知單播報文和控制幀，此外，還支持端口鏡像和端口捆綁，并實現(xiàn)包的分類等。Higig協(xié)議會修改數(shù)據(jù)包，給數(shù)據(jù)包加上一個長12bytes的higig頭。bytesField

NameWidthDefinitionsValue第一個Dword（4bytes）0StartofPacket(SOPSymbol)8包起始標志0xFB1HGI8Higig頭標志0x80：XGS頭（表示此包用于與5690通信）0x00：BCM5632頭（表示此包用于與5632通信）0x55：purepreamble（表示此包的higig頭沒有有用信息，只是一個純前導(dǎo)）2VID_HIGH8VLANtag的高位3bitspriority1bitCFI（同tag中的標志位）4bitsVLANID3VID_LOW8VLANtag的低位VLANID的低8位第二個Dword0SRC_MODID5與SRC_PORT_TGID一起標志包來源的modulid和port/trunk組（Moduleid整個系統(tǒng)中唯一標志一個交換芯片。5671和5670是沒有moduleid的）0OPCODE(OPC)3標志包的類型：0=控制幀，用于CPU與CPU之間的通信1=單播包2=廣播包/DLF包（未知地址單播包）3=二層多播包4=IP多播包5，6，7保留值1PFM2多播包的端口過濾模式：00：向所有屬于本VLAN的端口發(fā)送。01：對于在多播表中查找到相應(yīng)表項的包精確轉(zhuǎn)發(fā)，對查找失敗的包進行廣播。10：對于在多播表中查找到相應(yīng)表項的包精確轉(zhuǎn)發(fā)，對查找失敗的包丟棄。1SRC_PORT_TGID6與SRC_MODID一起標志包來源的modulid和port/trunk組2DST_PORT/L2MC_Lo/IPMC_Lo5對單播包：DST_PORT與DST_MODID一起決定包去向。對多播包：表示多播組索引注：根據(jù)OPCODE的值作不同解釋2CoS3標志包的內(nèi)部優(yōu)先級（與Tag頭中的priority不一樣，兩者之間有一個映射方式。）3HEADER_FORMAT(HDR_FMT)2本域的值決定第三個Dword的格式0：defaultvalue(overlay1)1：ClassificationTag(overlay2)3CNG1表示如果發(fā)生包擁塞，則丟棄包，根據(jù)5690FFP的HDP設(shè)置（HighDropProcedence）3DST_MODID/L2MC_Hi/IPMC_Hi5對單播包：DST_PORT與DST_MODID一起決定包去向。對多播包：表示多播組索引。注：根據(jù)OPCODE的值作不同解釋第三個Dword(overlay1)0MIRROR1標志進入系統(tǒng)的包需要被鏡像0MIRROR_DONE1標志進入系統(tǒng)的包已經(jīng)被鏡像（該包也許仍要轉(zhuǎn)發(fā)）0MIRROR_ONLY1標志進入系統(tǒng)的包是需要轉(zhuǎn)發(fā)還是要鏡像后丟棄0INGRESS_TAGGE