隨著對車載高速總線的深入研究，以電信號為媒介的傳輸方式逐漸顯露出劣勢，當(dāng)傳輸速率超過25Gbps時，基于電信號傳輸已經(jīng)很難保證長距離傳輸下的信號質(zhì)量與損耗。在這樣的背景下，應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的光通信技術(shù)因其高帶寬、長距離、低電磁干擾的特點得到了密切的關(guān)注，IEEE在2023年發(fā)布了802.3cz[1]協(xié)議，旨在定義一套光纖以太網(wǎng)在車載領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
MultiGBASE-AU總覽
以下是MultiGBASE-AU在OSI模型以及以太網(wǎng)層級中的位置：
MultiGBASE-AU基于一對多模玻璃光纖進行通信，兩根光纖分別對應(yīng)了發(fā)送和接收，因此，MultiGBASE-AU的通信形式同樣是全雙工通信。同樣地，由于兩根光纖相對獨立地連接著PHY自身的發(fā)射機和對方的接收機，MultiGBASE-AU并沒有主從的概念，通信過程中，兩個PHY的PMA RX都需要進行時鐘恢復(fù)。
從上圖中可以看到，從介質(zhì)無關(guān)接口（xMII）傳輸下來的數(shù)據(jù)，通過PCS TX的編碼及RS-FEC、PMA TX的電信號調(diào)制，PMD TX的電光轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘杺鬏斨伶溌坊锇檫M行光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)、解碼。在PMA TX的調(diào)制方式上，2.5G/5G/10G/25GBASE-AU采用的是NRZ編碼，50GBASE-AU采用的是PAM4編碼。
與MultiGBASE-T1類似的是，同樣包含了多個速率的MultiGBASE-AU在PHY的相關(guān)參數(shù)設(shè)定上，也通過縮放參數(shù)S（Scaling Parameter）對參數(shù)進行縮放，不一樣的是，由于50GBASE-AU的特殊性，802.3cz規(guī)定了另一個參數(shù)：分組參數(shù)G（Grouping Parameter）用于區(qū)分調(diào)制方式。
XG/25G、50GMII
在介質(zhì)無關(guān)接口的定義上，802.3cz中包含了XGMII、25GMII、50GMII三種，其中，對于XGMII的介紹，可以參考《MultiGBASE-T1協(xié)議解讀系列（上）：車載以太網(wǎng)多G物理層概述》。
25GMII與XGMII在數(shù)據(jù)和控制字符的設(shè)定上完全一致，同樣包括了32bit TXD，32bit RXD，4bit TXC以及4bit RXC。在機制上同樣是將32bit數(shù)據(jù)字符劃分為四個虛擬的Lane，每個Lane通過一個控制字符指示信號內(nèi)容（data或ctrl）。在時鐘頻率上，25GMII的時鐘頻率為390.625 MHz。
50GMII的時鐘速率與25GMII相同，主要的改動點在于將數(shù)據(jù)字符、控制字符和Lane的數(shù)量進行了翻倍。下表是對三者相關(guān)參數(shù)的對比，時鐘速率可以通過縮放參數(shù)S進行計算：
PCS子層
PCS子層位于協(xié)調(diào)子層（通過xMII）和PMA子層之間，MultiGBASE-AU的PCS子層包括了PCS Transmit和PCS Receive兩個部分。802.3cz中定義的兩個可選功能：節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）與運行管理維護（OAM）也需要PCS子層的部分機制實現(xiàn)。
· PCS Transmit功能
與MultiGBASE-T1不同的是，MultiGBASE-AU的PCS子層引入了一個新的概念：Physical header data物理層頭部，簡稱PHD，包含了物理層傳輸模式，鏈路狀態(tài)、OAM信息等內(nèi)容。通過XMII傳輸并經(jīng)過64/65B編碼后的數(shù)據(jù)會與PHD進行組合，經(jīng)過RS-FEC編碼以及擾碼器的擾碼后，發(fā)送至PMA子層。
由于PHD與Payload的組合方式是將PHD拆開插入Payload，因此將一個完整的PHD與Payload data組合，經(jīng)過后續(xù)編碼形成的數(shù)據(jù)被稱為一個Transmit Block。
接下來我們將分別從上圖中的Physical header data path與Payload data path了解一下PCS發(fā)送數(shù)據(jù)的組成與編碼方式。
物理層頭部數(shù)據(jù)主要用于鏈路雙方交換發(fā)送模式、接收數(shù)據(jù)可靠性，link狀態(tài)，OAM信息等，共224bit，其構(gòu)成如下表所示：
與Payload data組合之前，PHD data還需要經(jīng)過CRC16、PHD Splitting以及TRC Encoder三個流程。加入CRC16校驗碼的240bit數(shù)據(jù)會被PHD Splitting分割成12個20bit的子模塊。TRC Encoder則是將每個子模塊復(fù)制為三份形成36個20bit子模塊。因此，一個完整的PHD data包含了720bit數(shù)據(jù)。
在進行64/65B編碼之前，來自XMII的Payload data還需要進行映射，對于分組參數(shù)G=1的速率，需要將兩個發(fā)送周期的數(shù)據(jù)組合為一個64bit block，再進行編碼。對于G=2的速率則是使用一個發(fā)送周期的數(shù)據(jù)直接進行編碼。
64/65B編碼的規(guī)則與MultiGBASE-T1的PCS子層編碼規(guī)則一致，可詳見《MultiGBASE-T1協(xié)議解讀系列（中）：MultiGBASE-T1 PCS子層》。需要特殊注意的是，由于50GMII上一個發(fā)送周期的數(shù)據(jù)是64bit，不會出現(xiàn)Start字符在65bit中間的情況，因此50G速率下，64/65B編碼的block格式與其他速率不同，如下圖所示。
經(jīng)過64/65B編碼后，每80個65B數(shù)據(jù)組成一個模塊，一個Transmit Block中包含了36個模塊，共187200bit。這36個模塊的末尾插入一個PHD的子模塊后，這段長度為5220bit的數(shù)據(jù)被稱為一個Codeword，接下來的RS-FEC前向糾錯就是以Codeword為單位進行的。
MultiGBASE-AU的RS-FEC采用（544,522,10），即10bit一組，將5220bit分為522組進行RS-FEC的計算，計算完成后引入22組前向糾錯碼，共輸出5440bit數(shù)據(jù)。
完成RS-FEC編碼后的36Codeword數(shù)據(jù)會通過一個25位的移位寄存器進行擾碼。
由于分組參數(shù)G=1和G=2采用了不同的調(diào)制方式，為了平衡電平分布，二者的擾碼種子也不同。
· PCS Receive功能
PCS Receive在構(gòu)成上與PCS Transmit基本相同，只是方向相反，從PMA Receive收到數(shù)據(jù)后，首先要進行解擾碼，然后分割成36個Codeword，進行RS-FEC的校驗糾錯，確認(rèn)數(shù)據(jù)無誤會將PHD和Payload分開，Payload映射到XMII的通道上進行傳輸，PHD則進行TRC解碼、PHD組合、CRC16校驗得到完整的PHD。
結(jié)語
以上便是介紹的MultiGBASE-AU物理層中XMII及PCS子層的全部內(nèi)容，在下一篇文章中，我們將介紹MultiGBASE-AU兩個可選功能：EEE及OAM的相關(guān)內(nèi)容。這部分內(nèi)容是如何實現(xiàn)的，與MultiGBASE-T1的EEE和OAM功能會有什么差別呢？敬請關(guān)注下期：一文讀懂光纖以太網(wǎng)IEEE 802.3cz-中。
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參考文獻
[1] IEEE, 802.3cz-2023, " IEEE Standard for Ethernet, Amendment 7: Physical Layer Specifications and Management Parameters for Multi‐Gigabit Glass Optical Fiber Automotive Ethernet ", 2023.
