Xilinx提供了一個1G/10G/25G Switching以太網IP，該IP可以動態切換為1G以太網或者10G/25G以太網，它們共享同一個GT/SERDES端口。

這個IP目前僅支持比較新的器件，如UltraScale/UltraScale+，Versal；如果需要使用7系列器件，可以到Xilinx主頁搜索參考設計XAPP1243；又或者，如果想有更大的設計修改余地，而不想用IP，那UltraScale/UltraScale+也有參考設計XAPP1307

1G/10G/25G Switching以太網IP的結構：

實際上，這個Switching IP內部，直接調用了，另外兩個Xilinx以太網IP core，分別是10G/25G Ethernet Subsystem IP和1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP，然后共享了用戶側數據接口，和物理層GT端口。當需要切換速率的時候，IP只需要用選擇器選擇，走的是10G/25G IP還是1G IP，同時通過GT的DRP端口，動態切換GT的線速。

也正因為是這樣的結構設計，對于一些更細致具體的信息，如1588功能或者寄存器定義，可以在10G/25G IP文檔PG210，以及1G IP文檔PG138或PG047里面找到。

如何手動切換IP的速率：

手動模式下，Switching IP通過信號“ctl_core_speed_sel”來配置你所期望的速率，通過信號“stat_core_speed”來觀察當前IP的速率。
實際上，產生一個Switching IP的例子工程，例子提供了手動切換速率的示例，直接跑功能仿真就能看到。例子工程手動切換速率的流程為：

1. 首先拉高代碼里的“mode_change”信號，開始切換

2. 接著例子代碼就會寫IP的寄存器，修改“ctl_core_speed_sel”為需要的速率

3. 并且自動通過GT的DRP接口，修改GT的參數，動態切換端口線速率

4. 最后等待以太網IP的link up

對應例子工程代碼如下：

對應仿真截屏：

如何使用以太網的自協商功能，自動切換IP的速率：

首先，需要使能IP的自協商功能，以10G/25G以太網IP為例，拉高信號“ctl_autoneg_enable”，拉低信號“ctl_autoneg_bypass”，并且兩端的以太網要設置不同的AN Nonce Seed的值，這樣10G的自協商就可以自動成功完成。

要注意的是，無論是10G/25G還是1G的以太網協議，都要求兩端同時打開自協商，或者同時關閉自協商，兩端才能link up；一端開一端關的話，自協商是無法成功的。

接下來，如果10G/25G的自協商失敗了，例如對端其實是一個1G的以太網器件，那么自協商狀態機會走到Parallel Detection狀態，Switching IP就會自動切換速率到1G，再進行下一步操作。PG292對自協商速率的流程有如下描述：

A block diagram of the 1G/10G/25G Ethernet Subsystem with Auto-Negotiation (AN) with Parallel Detection (PD) is shown in the following figure. The Parallel Detection is done inside the AN RTL, which is encrypted. As a result of PD, only the AN is resolved to 1G speed.

這里提到的Parallel Detection就是源自IEEE802.3協議關于10G以太網自協商定義的那部分，狀態機跳轉里的一個狀態；當10G自協商不能成功，狀態機就會跳到這個PD狀態。有興趣的可以打開IEEE802.3的Clause 73章節了解進一步的詳情。

整個流程，從仿真里看，如下截屏：

由于以太網自協商的過程中，里頭的狀態都有計數器時間定義需要等待，所以在仿真里需要很長很長時間才能完成，因此并不建議自協商做功能仿真。

以上就是1G/10G/25G Switching以太網IP的手動和自動兩種切換速率的原理和方法。


審核編輯：湯梓紅