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Tang-Nano_100BASE-FX_Talker

Tang-Nano FPGAボードにSFPモジュール（光ファイバ）を接続して、100BASE-FXでUDPパケットを飛ばす実験サンプルです。

動作の様子 View tweet

以下の環境で動作を確認しています。 100BASE-FXを受けられるL2SWなどであれば多分動くと思います。SFP+対応機器ではサポートされていない場合があるので仕様をご確認ください。

  • SFP Module: SFP-100FX-32 100BASE SFP 1310nm 2km (Fiberstore)
  • Ethernet Media Converter: WG-33-1GX1GT-SFP (10Gtek)

ハードウェア

Tang-Nanoから差動3.3V信号を出力し、簡易的な抵抗ネットワークを通してSFPの差動入力端子に接続しています。
ボード上に24MHzの水晶オシレータが搭載されていますが、100BASE-FXで必要な125MHzをPLLで生成することができないため、50MHzのオシレータの信号を別途入力しています。
RC-LPFで構成したDelta-Sigma ADCにより可変抵抗で分圧した電圧値を取得し、AD変換結果をUDP送信します。

余談ですが、Tang-Nanoは基板配線の都合上、GNDにノイズが乗りやすいです。普通に使う分には問題になりませんが、LCDを動作させる場合や高速なクロックを使用する場合は、GNDを強化する改造を行ったほうが無難です。
以下にGND強化の改造を行った際のPLL出力ジッタを調査した資料があるのでご参考ください。
https://photos.app.goo.gl/jZSqenga1VBtyqzE7

FPGA内部ブロック図

AD変換→変換完了トリガとボタンB入力をANDして、Ethernetフレーム送信トリガを生成→Ethernetフレーム生成→4b5b、シリアライズ、NRZIエンコードを掛けて出力しています。
肝となるEthernetフレームの生成はベタに実装しています。
（図が適当で申し訳ありません・・・）

実験方法

src/rtl/ethernetFrameGen.v に各種パラメタをparameter定義していますので、各自の環境に合わせて変更ください。
特に"EtherDestinationMAC"は宛先ホストのMACアドレスを指定しないと、初期状態ではブロードキャストされて大変なことになります・・・。
Tang-Nanoに書き込んだ後、基板上のButton-Bを押すとAD変換結果がUDP送信されます。Wiresharkなどでキャプチャして動作を確認することができます。

開発環境

  • IDE : GOWIN FPGA Designer Version1.9.2.02 Beta build(35976)

Resource Usage Summary:

Resource Usage Utilization
Logics 300/1152 26%
--LUTs,ALUs,ROM16s 300(272 LUTs, 28 ALUs, 0 ROM16s) -
--SSRAMs(RAM16s) 0 -
Registers 116/945 12%
--logic Registers 115/864 13%
--I/O Registers 1/81 1%
BSRAMs 0/4 0%

参考