【经验】协议转换交换芯片SDI3210在3种千兆以太网中的应用可行性分析

1、SDI3210芯片介绍

SDI3210是一款支持多种协议（RapidIO3.1、FC-AE-SAM、10G Base-KR和1000BASE-X）的协议转换交换芯片，每个高速串行数据接口的协议可软件定义成上述四种协议中的任意一种，能够实现四种异构协议之间无阻塞、低时延、高可靠的互连互通。SDI3210支持单协议交换模式和混合协议交换模式。图1所示为SDI3210的基本框图。SDI3210由八个Bank（标号从0到7）组成，每一个Bank包含4路通道（lane）。对FC和以太网协议，每个通道就是一个端口；对RapidIO协议时，端口宽度支持1x，2x和4x模式。所有端口通过一个开放的交换结构互连。

图1 SDI3210框图

芯片主要特性如下：

● 支持32路高速串行SerDes通道

    通道支持多种速率：1.25、2.125、2.5、3.125、4.25、5、6.25、8.5和10.3125Gbaud

● 支持四种协议：RapidIO 3.1，FC-AE-ASM，10G Base-KR、1000BASE-X

● RapidIO端口支持三种端口绑定模式：1x、2x、4x

● 支持四种协议的单一交换

    支持32路FC-AE-ASM（1.2版）的单协议交换

    支持32路1000BASE-X单协议交换

    支持32路10GBASE-KR单协议交换

    支持32路 RapidIO 3.1单协议交换

● 支持四种协议之间的混合协议交换

● Switch Fabric采用协议无关的交换架构

    320Gbps交换能力

    支持无阻塞单播及多播交换

● 配置管理接口：为外部主控模块提供芯片的配置管理通道

PCIe接口：兼容PCI Express® 2.0 Base Specification （Revision 0.9），1x模式

I2C接口：

        支持两种操作模式：标准模式和快速模式（100KHz/400KHz）

        支持主模式和从模式

        支持上电自动进入临时主机模式和配置寄存器进入命令主模式

JTAG接口：符合IEEE 1149.1标准和IEEE 1149.6标准

SRIO接口：任意一个SRIO端口都可以支持通过SRIO维护包的配置访问操作

2、1000Base-X和1000Base-T区别

千兆以太网是对IEEE802.3以太网规范的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍，达到了1 Gbps。IEEE802.3z规范定义光纤与铜缆作为连接介质， IEEE802.3ab规范定义双绞线作为连接介质。

IEEE802.3z的线缆标准

1000Base-LX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术，在收发器上配置波长为1270-1355nm(一般为1300nm)的激光，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。1000Base-SX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为770-860nm(一般为850nm)的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。1000Base-CX使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。

IEEE802.3ab的线缆标准

1000Base-T是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与100BASE-TX一样可以达到100米。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mbps的平滑升级。

表1 千兆以太网标准

3、1000Base-X和SGMII区别

SGMII是千兆以太网的串行接口，可替代以前的标准，例如GMII和RGMII。SGMII是一种非IEEE标准的通信模式（Serial-GMII由思科规范文档ENG-46158定义MAC和PHY之间的连接协议）10/100 / 1000BASE-T（IEEE Std 802.3ab™）操作。它取代了常规的22线GMII连接，具有低引脚数的2对或4对差分SGMII连接。

SGMII规范与1000Base-X密切相关，因为每个规范都使用相同的物理编码， 电平标准一致，数据封装形式一致。SGMII与1000Base-X的区别在于自动协商序列（由IEEE 802.3条款37定义）以及速度分辨率和速率允许SGMII以三种速度运行的适应性。如果两者对接的解决方案是对联端口都配成强制统一速率，全双工，强制忽略状态信息，关闭自适应。

自动协商允许基于多种以太网标准的设备（从10BaseT到1000BaseT到在网络中共存并减少由于不兼容而引起的网络中断的风险技术。此功能有助于确保从以太网到快速以太网和千兆以太网。自动协商是两个远程设备之间的通信或握手选择常见的传输参数，例如速度和双工模式。首先连接的设备分享这些参数的功能，然后选择两者最快的传输模式支持。

4、芯片在千兆以太网应用

● 1000Base-X和1000Base-T应用

为了验证SDI3210在以太网中应用，搭建P2020的1000Base-T对接SDI3210的1000Base-X环境。链路上下部分P2020的Serdes例化为SGMII，通过BCM54616转为1000Base-T。用1000Base-T与1000Base-X转换盒进行转接，实现两块P2020板以太网互ping正常。搭建环境框图如下图2。

图2｜1000Base-X和1000Base-T应用

● 1000Base-X和SGMII应用

搭建P2020的SGMII对接SDI3210的1000Base-X环境，需要链路上的P2020和SDI3210的自协商关闭，强制统一速率为千兆，全双工。图2中上半部分链路不变，改变下半部分。P2020的Serdes例化为SGMII，PCB走线引到光模块座，通过QSFP+转SFP+光纤或电缆分别连接SDI3210的1000Base-X。分别测试光纤和电缆连接，实现两块P2020板以太网互ping正常。搭建环境框图如下图3。当使用QSFP+转SFP+电缆时，可减少QSFP+光模块和SFP+光模块，降低成本，用于短距离通信场景。

图3｜1000Base-X和SGMII应用

搭建P2020的SGMII对接SDI3210的1000Base-X环境，需要链路上的P2020和SDI3210的自协商关闭，强制统一速率为千兆，全双工。图3中下半部分链路不变， P2020的Serdes例化为SGMII，PCB走线引到光模块座，通过QSFP+转SFP+光纤或电缆分别连接SDI3210的1000Base-X。改变上半部分，用SFP+电口光模块替代1000Base-T与1000Base-X转换盒。分别测试光纤和电缆连接，实现两块P2020板以太网互ping正常。搭建环境框图如下图4。使用SFP+电口光模块，可减少LC光纤和SFP+光模块，进一步降低成本，用于SFP+接口电路场景。如果用户接口是QSFP+，还是需要用1000Base-T与1000Base-X转换盒。

图4｜1000Base-X和SGMII应用

SDI3210在千兆以太网中应用的板卡是创新中心自研的SDI3210评估板和P2020配置处理板。SDI3210评估系统，包括1块评估主板、3块COME配置处理器板（PowerPC、DSP、ZYNQ）和3块AMC协议端点板（PowerPC、DSP、FPGA），形成SDI协议处理+协议转换+数据交换的一体化应用平台。

本次应用中的板卡及配套的光模块、线缆等如下图5所示。

图5｜SDI3210在千兆以太网应用环境

5、总结

本文介绍了SDI3210芯片功能及特性，引入1000Base-X、1000Base-T和SGMII之间的区别和各自的连接介质。介绍SDI3210评估系统，搭建3种以太网应用互连环境，经过转换，验证SDI3210在1000Base-X与1000Base-T环境互连，1000Base-X与SGMII环境互连中的应用可行性。用户可在评估系列平台上快速使用，大大降低研发成本和缩短开发周期，规避风险，加快装备开发部署应用的时间。