以太网技术是计算机网络通信中最重要的技术,它经过四十多年的发展,已经在工业控制、通信系统中得到广泛应用。MAC控制器是以太网的重要设备,完成OSI模型数据链路层中MAC子层的功能。本文以自主研发的多核高性能数字信号处理器X-DSP为背景,设计了一个千兆以太网MAC控制器,为X-DSP提供了一个千兆速率的网络接口。根据X-DSP的性能需求,并通过对以太网MAC子层的深入分析,明确了MAC控制器的功能,设计了千兆以太网MAC控制器总体结构,以及时钟管理方案。采用相互独立的数据通路与配置通路实现MAC控制器与上层逻辑的连接。数据通路中采用基于突发且可并行读写的AXI接口进行数据传输,保证接收、发送数据的高效传输;配置通路采用简化的AXI接口实现对MAC控制器中寄存器的读写操作。为实现MAC控制器10Mbps/100Mbps/1000Mbps的数据传输速率,设计了MII和GMII两种类型的PHY接口;提供地址匹配、哈希表等多种地址过滤方式,采用并行的CRC-32算法用于以太网帧的校验。支持半双工和全双工两种通信模式,半双工模式下采用多路载波侦听/冲突检测(CSMA/CD)的传输机制和背压的流量控制机制;全双工模式下设计了基于暂停帧的流量控制方式。MAC控制器待发送、已接收数据以及相关控制信息采用两个深度为512、位宽为133的异步FIFO进行缓存和同步处理。按模块级和系统级两个层次,分别搭建了验证平台,对MAC控制器的功能以及时序进行了模拟验证。验证以及综合结果表明,MAC控制器的功能正确,满足设计要求。