XAUI接口介紹數據北研所硬件部門培訓主講：鄭國慶日期：Sunday,March16,2025版次：1.0前言隨著多家供應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絡接口適配器，10Gb以太網產業鏈正在迅速成熟。對于許多要求高速數據傳輸的應用領域，10Gb以太網正在逐漸引入許多比傳統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、延遲和物理媒質方面具有各自的優勢，對于系統級應用，必須仔細權衡這些因素。在板級，由于引腳數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媒質獨立接口）接口。在背板領域，XAUI已經成為了10Gb以太網事實上的標準，它可以實現一種低設計風險、高效率和低成本的機箱與插件板之間的互連。內容概述電平數據包Higig

概述10GigabitAttachmentUnitInterface(XAUI).pronounced“zowie”IEEEStd802.3ae?-2002現已被批準的XAUI規范規定了一種窄而快的數據管道，可以使用標準的CMOS集成電路來實現，或者嵌入到ASIC內部。這種規范由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。這個規范還包括其他幾方面的優勢，如嵌入時鐘、8B/10B塊編碼，以及數據通道之間的自動時延糾正。就像所有的以太網規范一樣，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、目的地址和以太網需要的其他信息的以太網幀。在物理層，以太網幀經過串行化處理輸送到PCB的印制線、短導線或光纖中。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線的發送器端進行發送，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定時時鐘嵌入到數據之中，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據流中恢復出嵌入的時鐘。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。在背板上傳輸的數據有下列原因會導致信號損失。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的。其結果是，在信號線的接收端，數據常常會產生相位偏移。這兩個問題，即不一致衰減和相位偏移數據，會導致“符號間干擾”(ISI)畸變。在XAUI規范之外，半導體廠商們設計了預均衡和后均衡技術來補償有噪聲的背板上的信號損失。后均衡技術或那些使用在傳輸線接收端的技術通常成本較高，消耗的功率較大，也比較復雜，因為接收器中使用的技術必須能夠從有噪聲的信號中恢復數據和定時，并對任何信號損失進行補償。與后均衡相比，預均衡技術是在發送器端發送信號之前采用的技術。預均衡技術的實現更簡單，消耗的額外功率很小，并且對設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均衡，因此在發送信號時使用的預均衡的級別必須具備可編程特性。預均衡或預加重是克服符號間干擾的一種途徑。預加重通過檢測信號轉換在何時發生來實現。當信號轉換將要發生時，預加重使后面的信號位以比沒有轉換時更大的幅度進行輸出。由于轉換表明一個高頻信號正被傳送，預加重使高頻信號以比低頻信號更大的幅度進行傳送。如果預加重的級別按照系統背板的特性進行了適當的調節，則高頻信號和低頻信號在接收器端應該是均衡的，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，預加重過度將會導致信號過沖。這個問題可以通過調節預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數據。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據的間隔，降低接收器端的時序裕度。當這種情況發生時，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據的幅度來發送單個的“0”。額外的時序寬度來自它前面較長的“1”。當數據通過容易引起損失的背板介質到達接收器時，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電平是所有高速數據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常用來做串行數據的傳輸，數據速率為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射極差分對的開關控制的，差分對的發射極到地的恒流源

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

電壓變為Vcc-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輸入結構有幾個重要特點，這也使它在高速數據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，后面驅動一差分放大器。CML的輸入輸出參數CML到CML的連接CML到CML之間連接分兩種情況，當收發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

況出現時，接收端差分電壓變小。數據包Higig

Higig協議是一種標準，通過使用這種標準，我們能把多個交換設備連接成一個簡單的系統，這種系統可以是多個堆疊的交換產品，也可以是由多個交換邏輯和Fabric(5670,5671)組成的機架式設備。Higig協議允許轉發單播報文、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，并實現包的分類等。Higig協議會修改數據包，給數據包加上一個長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）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的端口發送。01：對于在多播表中查找到相應表項的包精確轉發，對查找失敗的包進行廣播。10：對于在多播表中查找到相應表項的包精確轉發，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OPCODE的值作不同解釋2CoS3標志包的內部優先級（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表示如果發生包擁塞，則丟棄包，根據5690FFP的HDP設置（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OPCODE的值作不同解釋第三個Dword(overlay1)0MIRROR1標志進入系統的包需要被鏡像0MIRROR_DONE1標志進入系統的包已經被鏡像（該包也許仍要轉發）0MIRROR_ONLY1標志進入系統的包是需要轉發還是要鏡像后丟棄0INGRESS_TAGGE