基于fpga的工业以太网的实现

《基于fpga的工业以太网的实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于FPGA的工业以太网的实现摘要：目前，基于以太网的组网技术在工业市场的发展中处于举足轻重的位置。因此可以基于IEEE802.3标准的以太网协议进行以太网的数据传输方式传输标准的网络业务和实时数据。而基于FPGA高性价比、可随时进行处理器配置的特点，本文通过FPGA的NIOSII核实现嵌入式TCP/IP协议以及以太网MAC协议，并提供标准GMII接口，通过外接PHY实现网络连接。关键词：FPGANIOSn；TCP/IP协议；以太网MAC中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2017)07-0069-021概述在A

2、lteraFPGA处理器上进行的解决方案和硬件配置的同时，软件设计工具也能够提供工程师设计并集成所需要的一切功能。Niosn软核处理器可以进行以太网堆栈驱动程序的编写与集成以及实现其他功能。还可以在需要的情况下继续配置第二个处理器进行搭配工作，这样就可以支持更多开发应用层上面的软件。这种方案可以提供了在单一硬件上面就能很容易满足基于FPGA的工业以太网的实现摘要：目前，基于以太网的组网技术在工业市场的发展中处于举足轻重的位置。因此可以基于IEEE802.3标准的以太网协议进行以太网的数据传输方式传输标准的网络业务和实时数据。而基于FPGA高性

3、价比、可随时进行处理器配置的特点，本文通过FPGA的NIOSII核实现嵌入式TCP/IP协议以及以太网MAC协议，并提供标准GMII接口，通过外接PHY实现网络连接。关键词：FPGANIOSn；TCP/IP协议；以太网MAC中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2017)07-0069-021概述在AlteraFPGA处理器上进行的解决方案和硬件配置的同时，软件设计工具也能够提供工程师设计并集成所需要的一切功能。Niosn软核处理器可以进行以太网堆栈驱动程序的编写与集成以及实现其他功能。还可以在需要的情况下继续配置

4、第二个处理器进行搭配工作，这样就可以支持更多开发应用层上面的软件。这种方案可以提供了在单一硬件上面就能很容易满足需求的变化。不必花费大量开发时间与开发费用来实现当以太网协议导入软件堆栈后，在处理器上运行加载，而是利用现成的编程与编译工具和软件进行堆栈的处理，几乎可以支持所有的以太网标准协议。而且，仅在FPGA的硬件平台上改动设计时或者进行协议升级时，就不需要进行对每一新协议设计新的PCB板了。—块PCB板能够集成并支持多种工业以太网的协议，从而不但减轻了企业在开发时期投入的研发经费了，而且降低了持久拥有成本。NIOSII中实现的工业以太网协议

5、能够在不同的协议标准的设计中与FPGA其他系列的器件之间进行移植，所以可以在下一代产品更新使用相同的IP。2系统实现方案在本文提到的设计中，Niosn软核处理器不仅可以支持工业以太网控制器的网络协议的配置和管理，还能运行应用层上面的数据报协议（UDP）栈、提供高效精确的时序同步功能，并支持传输层上的双路10/100PHY收发器的PHY管理和线路诊断功能。ClyconeIV的NIOSn软核处理器还可实现高层组网功能，终结TCP/IP链接。生成树协议（STP）和快速生成树协议（RSTP）是数据链路层上的管理协议，它们支持路径冗余检测和避免数据冲突

6、，可防止网络内出现不需要的环路（要使工业以太网络正常工作，两个节点间只能有一条有效路径）。下图1为包括软件和硬件在内的工业以太网框图。3硬件设计在硬件层面MAC（以太网的接入控制层）上主要作用是完成数据帧的编码与解码、数据帧的传输以及介质的接入控制，以太网的介入控制层一般由收发模块、收发缓存、MAC寄存器等部分构成。CyclonelV器件是Altera公司推出具有功耗低，高密度，性能强的特点的高新处理器；是一款支持用户自定义功能，支持NIOSII系列处理器的低成本的FPGA芯片，芯片提供了大量高密度可现场编程的逻辑单元，满足工业仪器的小型化、

7、集成化需求。本设计使用CycloneIV系列FPGA替代传统的ASIC芯片，实现千兆以太网MAC功能，设计中调用了TripleSpeedEthernetMegaCore实现MAC模块的NIOSII设计。选择10/100/1000MbEthernetMAC和MII/GMII接口方式配置实现MAC模块电路。MAC模块必须通过介质独立接口（MII/GMII）与物理层芯片进行数据传输与通信。88E1111可工作在10Mb/s，100Mb/s,1000Mb/s下，在设计的时候采用了4位数据端口，因此只能采用Mil模式（100Mb/s），或者RGMII模

8、式（1000Mb/s）,参考官方的DATASHEET后，进行对RGMII编程与开发，然后将88E1111的配置寄存器里面的数据用NIOSII读出来，这样就获得了正确