SGMII及其应用

了解SGMII及其在FPGA中的角色

作者：莱迪思

SGMII是什么？

串行千兆媒体独立接口（SGMII）是连接千兆以太网（GbE）MAC（媒体访问控制）和PHY（物理层）芯片的标准，常用于需要高速数据传输的网络应用中，如以太网交换机、路由器和其他网络设备。

与提供MAC和PHY之间简单互连的并行GMII（千兆媒体独立接口）不同，SGMII使用串行接口进行数据传输。它有助于将MAC和PHY之间通信所需的引脚数量减少一半以下，从而使其适用于高密度设计。SGMII还支持自动协商，允许设备自动配置和同步设置（如100 Mb/s与1Gb/s以太网），从而优化通信。

SGMII要求MAC和PHY共享参考时钟，以保证同步。时钟方案对于正确的数据传输和接收至关重要。SGMII采用8b/10b编码，提供直流（DC）平衡，确保时钟恢复有足够的转换。这种编码方案有助于保持可靠稳定的数据链路。SGMII支持自动协商功能，允许设备自动形成链路参数，保证了设备之间的最佳通信。

SGMII的常见用例

SGMII在现代网络基础设施中发挥着重要作用，它不仅能促进网络设备之间的高速通信，还能灵活兼容各种物理层技术。

SGMII可适应不同的网络环境，并可与多种物理层技术（如光纤与铜缆）配合使用，因为它与介质无关。以下是一些使用实例：
•        以太网交换机是局域网（LAN）和数据中心的重要组成部分，可提供高效的数据包交换和网络连接。SGMII主要用于以太网交换机，促进交换机MAC模块与连接到不同网络端口的PHY设备之间的通信。
•        路由器使用SGMII处理各种网络环境中的高速数据通信。
•        SGMII用于网络接口卡（NIC）的设计，可提供高速以太网连接，并使用SGMII连接网络基础设施。
•        网络附属存储（NAS）系统经常使用SGMII来实现网络存储设备与网络其他部分之间的高速数据传输，这对于快速访问存储数据必不可少。
•        在光纤通信中，SGMII可与光纤收发器结合使用，通过光链路实现千兆位以太网连接。
•        对于工业自动化和控制系统，SGMII可用于支持工业以太网网络中各种设备之间的高速通信，如安全门和ID证件阅读器等。对于汽车系统，SGMII可用于电子控制单元（ECU）之间的车内联网，包括信息娱乐系统。

SGMII的使用范围还包括其他各种网络应用，在这些应用中，MAC层和PHY层之间的高速串行通信至关重要。

SGMII在FPGA中的作用

FPGA通过执行GMII转换逻辑，充当MAC和PHY之间的接口，使其能够在以千兆位速度运行的高速接口上进行通信。FPGA还可以通过SGMII使用路由器、交换机、NIC等应用所需的以太网PHY芯片连接到以太网网络。

FPGA可以使用SGMII执行逻辑任务，如数据包解析、过滤、转发和网络通信所需的其他特定协议操作。

由于SGMII支持高速串行通信，因此FPGA可以低延迟和高吞吐量处理大量网络通信。它还提供了灵活性和定制选项，因此设计人员可以定制FPGA逻辑，以满足特定的应用要求，如处理算法和系统配置。

作为低功耗可编程解决方案的领先供应商，莱迪思提供了SGMII IP核，这一全面的工具旨在连接以太网MAC和PHY。该解决方案是桥接应用和PHY实现的理想选择，也是连接分散的以太网PHY芯片的首选解决方案。它与一系列莱迪思FPGA系列完全兼容，包括Avant、Certus-NX、CertusPro-NX、CrossLink-NX和MachXO5-NX。