基于FPGAMicroBlaze軟核實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)設(shè)計(jì)方法

王曉鵬

摘要：以太網(wǎng)是目前最流行的分組交換局域網(wǎng)技術(shù)，它的控制是分布式的，無中央權(quán)力的授權(quán)接入可以同時(shí)接入多臺(tái)機(jī)器，自己檢測(cè)載波是否空閑。以太網(wǎng)技術(shù)具有簡(jiǎn)單、方便、價(jià)格低、速度高等特點(diǎn)，在軍事、工業(yè)、教育、娛樂等方面獲有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)主控芯片采用Sparntan 3E系列型號(hào)為XC3S500E-PQ208 的FPGA，以太網(wǎng)控制器采用DM9000芯片實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)闡述工程設(shè)計(jì)流程和軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：FPGA；DM9000；MicroBlaze；嵌入式

中圖分類號(hào)：TP393.11；TN791 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0154-01

1 以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)

以太網(wǎng)接口中最重要的協(xié)議是TCP/IP，包括應(yīng)用層、傳輸層、Internet層、網(wǎng)絡(luò)接口層、物理層。在網(wǎng)絡(luò)接口層包括邏輯數(shù)據(jù)控制子層（LLC）和媒體訪問子層（MAC），MAC子層在上層協(xié)議和以太網(wǎng)之間傳輸和接收數(shù)據(jù)，確保以太網(wǎng)上第一個(gè)幀的數(shù)據(jù)遵循介質(zhì)存取規(guī)則。

2 芯片選擇

2.1 FPGA芯片介紹

Spartan3E系列的XC3S500E-PQ208，該芯片邏輯門數(shù)達(dá)50萬門，有20塊RAM，芯片內(nèi)含208個(gè)I/O引腳，需要3.3V、2.5V、1.8V的I/O端口電壓，各個(gè)分組獨(dú)立供電。

2.2 以太網(wǎng)控制器DM9000介紹

DM9000是一個(gè)綜合、成本低的快速以太網(wǎng)控制器芯片，具有通用的處理器接口，傳輸速率達(dá)100Mbit/S，具有自適應(yīng)，低功耗、高處理性能，支持3.3～5V電源電壓。它向外提供一個(gè)MII接口，支持8位、16位、32位的接口來適應(yīng)不同的處理器對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器的訪問，且具備MAC控制器，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程、能完成不同系統(tǒng)的軟件驅(qū)動(dòng)開發(fā)。

3 整體設(shè)計(jì)方案

3.1 硬件設(shè)計(jì)

整體硬件設(shè)計(jì)采用FPGA位主控制器，外接以太網(wǎng)控制芯片DM9000，DM9000自帶物理（PHY）層處理接口和媒體接入控制（MAC）層處理接口，DM9000與水晶頭（RJ-45）連接，DM9000提供了8位、16位、32 位三種不同的連接方式，本文選擇8位的連接方式，DM9000原理圖如圖1所示。

3.2 DM9000硬件驅(qū)動(dòng)

DM9000控制器提供了通用的CPU接口，利用EDK提供的XPS-EPC與之對(duì)接，將XPS-EPC添加到系統(tǒng)中，并連接到PLB總線上，最大寬席設(shè)置為4，數(shù)據(jù)位寬設(shè)置為16，除了地址總線外其余端口都需要設(shè)置成外部端口。

3.3 DM9000軟件驅(qū)動(dòng)

DM9000軟件驅(qū)動(dòng)包含端口讀寫操作、PHY的端口配置、復(fù)位與初始化的實(shí)現(xiàn)、接收數(shù)據(jù)包的操作實(shí)現(xiàn)、發(fā)送數(shù)據(jù)包的操作實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)包發(fā)送流程圖如圖2所示。

4 結(jié)語

本文給出一個(gè)完整的以太網(wǎng)嵌入式開發(fā)系統(tǒng)，重點(diǎn)是外部驅(qū)動(dòng)和軟件開發(fā)，可以從DM9000驅(qū)動(dòng)開發(fā)中掌握一般的開發(fā)方法和技巧，并在實(shí)際應(yīng)用中靈活應(yīng)用，具有一定的參考價(jià)值。

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