基于FPGA片上PowerPC在VxWorks下的千兆网通信

2010-12-31 17:50:41来源: AET

  当前,SoC 向着面积更小,速度更高的方向发展,百兆网通信已不能满足人们的生产和工作需要,用千兆网通信成为工作中迫切的要求,用FPGA实现千兆网的通信,有二种模式可以选择,其一,编写一个IP软核,其二,用FPGA内嵌的MAC内核。方法一的灵活性大,但要实现并不容易,因此,赛灵公司将其归为收费IP;方法二中的MAC的三态可配置特性为我们实现千兆网通信提供了可能,本文就是基于此内嵌的Ethernet MAC模块,在VxWorks操作系统下成功实现了千兆网的通信。

  1 Virtex4 FX系列FPGA中内嵌的千兆通信硬核架构

  Virtex4 FX 系列FPGA中内嵌了多个用于千兆通信的硬核,以XC4VFX20为例,它通过一个主机接口连接了二个EMAC核。二个EMAC可以一起使用,也可以只使用其中的一个。

  Virtex4中嵌入的Ethernet MAC硬核主要有以下特点:

  支持半双工和/或全双工操作

  设计符合IEEE 802.3-2002标准

  支持3种不同的操作模式:1 Gbps、100 Mbps、10Mbp

  支持MII,GMII,RGMII,SGMII通信方式

  为不限长度的VLAN帧和JUMBO帧提供技术支持

  提供了可选的网络管理特性,包括基于每个分组的统计数据矢量和流程控制

  可以通过一个与处理器无关的接口对TEMAC核进行配置和监控,其为用户选择适合其应用的理想处理器提供了附加的灵活性。

  在1Gigabit模式下,TEMAC支持千兆位级媒体独立接口(GMII)和降低千兆位级媒体独立接口(RGMII)。 GMII是一个运行速率为125 MHz的字节宽并行SDR接口,而RGMII是一个运行速率为25 MHz的半位元组款并行DDR接口,可以提供的总带宽为1 Gbps。 而且,在100和10 Mbps模式下,TEMAC均支持MII接口。 MII接口是4-bit宽,在100MBps模式下其工作速率为25 MHz。 在10MBps模式下,MII接口的工作速率为2.5MHz。

  由于Virtex4中嵌入了Ethernet MAC硬核,同时,FX系列还嵌入了PowerPC,这样,就可以用PowerPC控制Ethernet MAC实现千兆网的通信。

  2 VxWorks下BSP的移植

  VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS),它采用微内核的结构,具有支持多种处理器,丰富的网络协议,良好的兼容性和裁减性等特点,同时具有程序动态链接和下载的功能。自从80年代问世以来,以其不断推出的升级版本,高性能内核以及友好的用户开发环境,在嵌入式实时操作系统领域逐渐占据一席之地,尤其以成功应用于火星探测车和爱国者导弹等高科技产品而声名鹊起。VxWorks的板级支持包BSP(Board Support Package)是介于底层硬件和上层软件之间的底层软件开发包,它主要功能是为屏蔽硬件,提供操作系统的驱动,具体功能包括:

  1)单板硬件初始化,主要是CPU的初始化,为整个软件系统提供底层硬件支持;

  2)为操作系统提供设备驱动程序和系统中断服务程序;

  3)定制操作系统的功能,为软件系统提供一个实时多任务的运行环境;

  4)初始化操作系统,为操作系统的正常运行做好准备。

[1] [2]

关键字:VxWorks  PowerPC  千兆网通信  FPGA  SoC

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1231/article_1515.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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