10G EPON不仅能够以更好的经济性满足用户日渐增长的对高带宽的需求，而且可以借鉴EPON在运维和规模部署中的成熟技术和经验，因此10G EPON成为了备受全球运营商青睐的下一代光接入技术。MAC层相关协议作为10G EPON标准（IEEE802.3av）的核心和难点，对MAC层的实现也成为了实现10G EPON系统的关键技术。论文依据协议研究、关键技术分析、功能点提取、逻辑实现、功能验证的技术路线阐述了10G EPON ONU侧MAC层的设计实现和验证，该方案支持对称模式与非对称模式的完整工作状态。首先，论文详细分析了10G EPON标准。先介绍了10G EPON协议体系，对相较于EPON有修改和发展的部分也进行了说明。然后研究了实现的关键技术，包括系统同步、测距和延时补偿、逻辑拓扑仿真等。接着介绍了MAC层协议的核心内容，即多点控制协议，包括发现过程、授权过程、报告过程。最后根据ONU侧MAC层的特定应用场景分析了具体的设计需求。其次，在完成设计需求分析之后，对ONU侧MAC层进行设计实现。首先依据自顶向下的设计思想，完成MAC层功能模块划分，包括下行帧接收处理模块、授权控制信号生成模块、上行帧调度发送模块三个二级模块。然后给出了各个子模块的详细实现方案。同时对设计的难点进行了分析，包括FCS校验设计原理、下行数据通路帧缓存模块设计原理、授权信号产生设计原理、数据帧发送缓存设计原理和上行调度设计原理。最后，采用System Verilog语言，基于VMM创建验证环境，完成对逻辑设计的验证。本论文设计的验证平台具有很高的自动比对特性，不仅能实现上下报文的自动比对，而且对授权控制信号生成模块产生的授权信号和对调度模块产生的时序信号均能实现自动比对，极大地提高了验证的效率。本课题所来源的ASIC项目已经成功流片，而且完成了与OLT的对接测试，在对称模式下与非对称模式下都能成功上线和注册。表明了本论文所做工作的有效性。