基于FPGAMicroBlaze软核实现的以太网设计方法

2017-09-08王晓鹏

数字技术与应用 2017年6期

王晓鹏

摘要：以太网是目前最流行的分组交换局域网技术，它的控制是分布式的，无中央权力的授权接入可以同时接入多台机器，自己检测载波是否空闲。以太网技术具有简单、方便、价格低、速度高等特点，在军事、工业、教育、娱乐等方面获有着广泛的应用。本设计主控芯片采用Sparntan 3E系列型号为XC3S500E-PQ208 的FPGA，以太网控制器采用DM9000芯片实现，详细阐述工程设计流程和软硬件实现方法。

关键词：FPGA；DM9000；MicroBlaze；嵌入式

中图分类号：TP393.11；TN791 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0154-01

1 以太网技术基础

以太网接口中最重要的协议是TCP/IP，包括应用层、传输层、Internet层、网络接口层、物理层。在网络接口层包括逻辑数据控制子层（LLC）和媒体访问子层（MAC），MAC子层在上层协议和以太网之间传输和接收数据，确保以太网上第一个帧的数据遵循介质存取规则。

2 芯片选择

2.1 FPGA芯片介绍

Spartan3E系列的XC3S500E-PQ208，该芯片逻辑门数达50万门，有20块RAM，芯片内含208个I/O引脚，需要3.3V、2.5V、1.8V的I/O端口电压，各个分组独立供电。

2.2 以太网控制器DM9000介绍

DM9000是一个综合、成本低的快速以太网控制器芯片，具有通用的处理器接口，传输速率达100Mbit/S，具有自适应，低功耗、高处理性能，支持3.3～5V电源电压。它向外提供一个MII接口，支持8位、16位、32位的接口来适应不同的处理器对内部存储器的访问，且具备MAC控制器，简化了设计流程、能完成不同系统的软件驱动开发。

3 整體设计方案

3.1 硬件设计

整体硬件设计采用FPGA位主控制器，外接以太网控制芯片DM9000，DM9000自带物理（PHY）层处理接口和媒体接入控制（MAC）层处理接口，DM9000与水晶头（RJ-45）连接，DM9000提供了8位、16位、32 位三种不同的连接方式，本文选择8位的连接方式，DM9000原理图如图1所示。

3.2 DM9000硬件驱动

DM9000控制器提供了通用的CPU接口，利用EDK提供的XPS-EPC与之对接，将XPS-EPC添加到系统中，并连接到PLB总线上，最大宽席设置为4，数据位宽设置为16，除了地址总线外其余端口都需要设置成外部端口。

3.3 DM9000软件驱动

DM9000软件驱动包含端口读写操作、PHY的端口配置、复位与初始化的实现、接收数据包的操作实现、发送数据包的操作实现，数据包发送流程图如图2所示。

4 结语

本文给出一个完整的以太网嵌入式开发系统，重点是外部驱动和软件开发，可以从DM9000驱动开发中掌握一般的开发方法和技巧，并在实际应用中灵活应用，具有一定的参考价值。

参考文献

[1]徐欣.基于FPGA的嵌入式系统设计[M].北京：机械工业出版计，2005：28-34.

[2]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京：清华大学出版社，2003：16-25.