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以太网是基于数据帧传输的计算机局域网。随着以太网技术的不断发展,以太网技术的应用由最初的局域网(Local Area Network, LAN)已经扩展到了城域网(Metropolitan Area Network, MAN)和广域网(Wide Area Network, WAN)。10G以太网技术作为以太网领域的先进技术,具有广泛的发展前景,但是国内在该领域的研究还处于初步阶段。因此,10G以太网IP设计具有重大意义。本文根据IEEE Std 802.3ap协议标准,在分析10GBASE-KR物理编码子层(Physical Coding Sublayer, PCS)的功能和设计指标的基础上,完成了整个PCS子层的前端设计。PCS子层主要功能是将MAC层传输的数据帧,添加校验码、编码以及转换之后发送到PMA子层；同时将PMA子层的数据经过转换、解码以及校验修改后发送到MAC层。主要包括CRC8插入与移除模块、64B/66B编解码模块、加解扰和变速箱等模块。首先,在仔细研究IEEE Std 802.3协议的基础上,重点分析了PCS子层的功能和设计指标,并提出了PCS子层的设计架构。其次,采用自顶向下和模块化设计方法完成每个子模块的设计。CRC8插入模块和CRC8移除模块,是背板以太网PCS子层的特有模块,主要作用是支持数据帧在电子板传输过程的错误保护,采用混合并行CRC8校验码生成方式,简化电路结构并保证数据传输的连续性；64B/66B编解码器采用逻辑运算实现方法,将编解码过程分为两个部分,根据输入数据判断数据块的类型,再根据编解码规则完成数据的编解码过程,与查表法相比,减少了电路的面积和功耗：变速箱电路包括发送通道变速箱和接收通道变速箱,由数据转换、异步FIFO和控制电路构成,与传统方法相比减小电路面积(需要额外528位存储单元)有效地避免电路亚稳态,并减小电路延迟;发送电路、接收电路和同步头与误码率检测模块采用有效状态机完成,提高了电路的工作效率。最后,完成PCS子层的仿真与验证。根据PCS子层的功能特征搭建验证平台,完成整个PCS子层设计的模块级和系统级功能验证以及回环测试；完成了整个PCS子层的FPGA验证,验证结果表明所有的设计都实现了PCS子层的功能要求。另外,基于SMIC 40nm CMOS工艺完成PCS子层逻辑综合,结果表明PCS子层工作频率能达到232.56MHz。