是的，标題沒有多敲一個“0”，明人不說暗話，就是在FPGA上實作100G以太網接口設計。
正好參與了實驗室某項目中的100G接口的調試，早想寫個專欄文章了，由于調試過程中發現了一些硬體問題，導緻遲遲沒有往前推進，現在問題解決了之後可以簡單分享一下100G以太網接口的調試初體驗了~
（好像DDR4讀寫測試系列文章還沒搞完 ）
這篇初體驗暫時不分多個章節了，基本設計流程與之前釋出的“10G以太網接口”系列文章一緻，忘了的可以下戳連結檢視十二點過九分：10G以太網接口（一）：基本知識zhuanlan.zhihu.com
十二點過九分：10G以太網接口（二）：接口的基本結構zhuanlan.zhihu.com
十二點過九分：10G以太網接口（三）：IP核的配置zhuanlan.zhihu.com
十二點過九分：10G以太網接口（四）：測試與使用zhuanlan.zhihu.com
調試内容
由于實驗室某項目所設計制作的闆子上有4*100G以太網接口，是以此次分享的就是測試闆子上的四個100G以太網接口的功能。
調試具體内容為：- 利用XIlinx提供的IBERT工具測試每個100G網口對應的4路GTY收發器的收發性能，觀察眼圖等；
- 利用Xilinx提供的100G以太網相關的IP核進行以太網接口的設計，簡單設計一個自環工程；
- 利用Spirent的網絡測試儀（可支援100G以太網測試）對設計的接口進行打流測試，通過不斷設定不同的資料包和發送速率等，觀察測試儀的收發情況，以判斷設計的100G以太網接口性能是否良好。
其中所使用的設計和測試方法與之前的10G以太網接口的設計與測試基本一緻，可以參考其流程，IBERT測試不再說明，忘記的可以詳見下面的文章 。
十二點過九分：在開始高速接口前，我們來試試IBERT測試吧！zhuanlan.zhihu.com
IP配置
本次100G以太網接口的調試中采用的IP為
UltraScale+ 100G Ethernet Subsystem，其手冊為
PG203，對于IP的結構等内容可以詳見手冊，本部分隻分享其配置部分和IP核例化後的接口信号等。
值得注意的是，在使用這個IP之前，需要先去Xilinx官網
申請這個IP的License，這裡預設都有License了。
建立工程不必多講，直接到IP Catalog裡找100G的Ethernet Subsystem，如下圖所示。
在IP Catalog 裡選擇“UltraScale+ 100G Ethernet Subsystem”IP Core
接下來就是該IP的各項定制界面，具體可以參考PG203，首先是General界面，如下兩張圖所示。
General 界面1
General 界面2
在General界面中，值得注意的是：
- Physical Layer中根據自身條件設定：比如是采用10*10G構成的100G則選擇CAUI10、若是4*25G構成的100G則如圖選擇，另外收發器參考時鐘與闆子提供的一緻，這裡選擇161.1328125MHz，Uer Interface選擇AXIS（也可以選擇LBUS，如果熟悉的話）；
- 其他選擇根據需求選擇，筆者是沒有勾選流控制和RS-FEC（後面會說原因），沒有選擇AXI-Lite作為配置信号的總線協定。
接下來是Control/Pause Packet Processing 界面，如下圖所示，由于前面已經勾了相關選項了，是以這裡都沒用到。
Control/Pause Packet Processing 界面
接下來是CMAC/GT Selection and Configuration 界面1，如下兩幅圖所示。
CMAC/GT Selection and Configuration 界面1
CMAC/GT Selection and Configuration 界面2
在CMAC/GT Selection and Configuration 界面中，這一頁基本保持預設選項,值得注意的是：
- Shared Logic選擇Core，這裡在專欄之前的文章有介紹；
- 其他保持預設，但是也可以根據自定義勾選，如果設計的闆子在信号完整上有問題的話，可以勾選RX均衡等用于改善信号等。
最後是RS-FEC Transcode Bypass 界面，如下圖所示。
RS-FEC Transcode Bypass 界面
大概完成上面内容的基本配置，就直接生成IP就好了。
根據習慣不同，使用IP的方法也不大一樣，如果對該IP不大熟悉的話，依舊可以在生成IP後在其上右鍵“Open Example Design”打開一個Xilinx提供的示例工程，然後在這個示例工程上，根據自己的需求進行修改，作為一個
翻譯大師和
連線狂魔，筆者選擇自行連線。
例化這個IP可以看到諸多的信号線，便于了解和使用期間，筆者簡單将其分類和注釋，如下多張圖所示。
100G IP 例化接口信号1
100G IP 例化接口信号2
100G IP 例化接口信号3
100G IP 例化接口信号3
上面的信号中還缺少Tx端和Rx端的資料統計信号線，由于都是輸出信号以及信号太多太長，并且暫時沒有用到均不予以截圖了，望知。
工程結構
當然，上面隻是例化了IP，為了完成對4*100G接口的測試還需要在工程中完善其他部分。
首先，測試四個100G口，那麼需要例化四個IP；
其次，要自環測試的話，需要把IP的Tx資料接口與Rx資料接口相連接配接，才能做到自發自收，鑒于二者接口略有不同，需要接一級FIFO做跨時鐘域和資料緩存操作；
然後，為了設計的接口在日後能直接用于使用，還需要引出一個全局時鐘作為對接收到的以太網資料做處理時鐘；
最後，将上述各項内容“怼一塊”，就得到了下圖所示的工程結構圖。
工程結構框圖
之後就是寫各類限制xdc了，包括引腳限制和時序限制等。
弄完上述這些之後就跑綜合、布局布線和生成bit檔案等，確定時序沒啥問題且能生成bit後就直接下闆子即可。
100G自環測試
接下來是自環測試，筆者使用的是Spirent的網絡測試儀，使用的是其提供的測試子產品FX3-100GQ-T2，如下圖所示，最高可支援100G以太網測試。
Spirent 網絡測試儀
至于TestCenter軟體的使用，這裡不再說明，可以詳詢其技術客服或者其提供的資料或help（如下圖）等。
Spirent TestCenter Help 界面
筆者在調試100G以太網接口前看到過一篇文章說在客制化IP時需要勾上RS-FEC選項[1]，不然在使用網絡測試儀連接配接設計的接口時連接配接不上，實際測試中發現，其實配置IP時不勾上也沒關系，隻要在使用TestCenter軟體時設定網絡測試儀100G端口時也去掉就行了，
如下圖所示，去掉這兩個選項後，就會發現有Link（綠燈亮了）。不過，兩者都勾上也可以，畢竟這個IP支援這個糾錯碼也有利于降低連接配接器件的成本等。
測試儀100G端口設定
測試部分其實沒啥好講的了，就是使用TestCenter的軟體編輯各類測試的資料流，設定好資料發送各項模式速率後，直接打流到FPGA闆子上即可，筆者對于測試儀的使用也僅限于此，更進階的功能也沒怎麼使用過了。
那怎麼知道設計的接口的性能呢？首先，在TestCenter上觀察是否有Link（亮燈），如果能連接配接上，那麼就已經成功一大半了，之前由于調試的闆子的硬體問題搞了好久才Link；
其次，對FPGA闆子打流操作後，可以觀察TestCenter的首發情況，比如收發的以太網資料幀幀數是否一緻，是否有錯幀，錯幀的類型是什麼，捕捉接收到的資料幀（可以是TestCenter上的，也可以是Vivado加Debug信号觸發的）是否和想要的一緻；
最後，可以嘗試一些更嚴苛的測試，比如長時間測試其穩定性和準确性等（當然，這是我瞎測試的，不一定要這麼做）。
測試結果如下圖所示，多番測試下，大概最高可到99.999Gbps收發情況下無丢幀錯幀，單口跑不滿100Gbps，其他一些文章所推測是由于時鐘有一定的偏差所導緻的，不過基本影響不大，
一般使用能用滿100Gbps？ Spirent TestCenter 測試結果
Vivado ILA抓取的Rx資料
注意事項
- 需要 财力雄厚 ，因為既需要有 支援100G以太網 接口的FPGA闆子（具有4個GTY或10個GTX收發器以上），又需要有 支援100G以太網測試 的網絡測試儀（國産或者洋貨都無所謂）；
- 使用IP設計前需要 申請該IP的License ，具體申請方法可詳見網上教程；
- 對于AXIS資料接口熟悉的可使用 Vivado 2019 以上的進行開發，因為Vivado之前版本的資料接口隻有LBUS總線接口（對于不熟悉的人來說可能比較複雜）；
- 該IP較為複雜，各類信号線很多，如果有更高需求要 詳細翻閱手冊 ；
- 如果有一塊闆子（比如 KCU116 ）隻有四個25G（4*SFP28）的接口，也可以設計100G接口，前提是有一根 100G（QSFP28）轉4*25G（4*SFP28）的轉接線 ，然後在FPGA端使用上述同樣的IP設計，引腳根據順序限制好即可，不過切記轉接線連接配接要按照順序連，不然會沒有Link；
- 網絡測試儀與FPGA闆上的100G以太網接口的連接配接可以使用100G光子產品（ 稍微有點貴 ），也可以使用電纜（ 省錢 ），反正能插得上能連接配接就行；
- 如果硬體闆在設計過程中，100G使用的四組收發器收與發的順序不對應的話（例如Rx為1234，而Tx為1324或者其他），隻要在引腳限制時按照Rx正确順序對應的引腳限制就好，不用管Vivado自動根據Rx進行Tx的引腳限制（這個可能講的有點亂，大概是這個意思），實測這麼操作是可以成功使用接口的。
- 其他注意事項想到再說 。
作為初體驗也就簡單的分享上面這麼多了，總結就是無論是10G的還是100G以太網，接口設計這東西就這麼回事，拿個IP Core一搭就完事了，如果要再做更上層協定上的東西，那就各憑本事了。
當然，我還是個蔡雞，還要繼續學習一個。如果有老哥也做這方面東西的可以交流研究 ，如果文中有啥不足之處還望指正~
參考
- ^100G以太網光口的FPGA測試執行個體 https://mp.weixin.qq.com/s/PqaZt487zU0LmJ05U_ZHsQ