基于nios_的嵌入式网络通信系统设计new

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1、第10卷第2期Vol.10No.22008年2月设计参考Feb.2008基于NiosII的嵌入式网络通信系统设计孟峻岭，柴晶晶(西安电子科技大学模式识别与智能控制研究所，陕西西安710071)摘要：介绍了第二代片上软核处理器NiosII和嵌入式网络通信协议栈uIP，给出了片上系统的配置、校验、计算和自定义指令的系统设计方法，同时给出了网络接口芯片底层驱动程序以及uIP协议栈程序在NiosII上进行移植的软件设计流程。关键字：NiosII；uIP；FPGA；网络通信0引言三种内核，其中NiosII/f是一种高性能的内核，速度最快，但消耗的资源最多；而NiosII/e是

2、低成Internet技术的发展在许多领域都引起了飞跃本内核，速度最慢消耗的资源最少；第三种Nios性的变化。嵌入式系统应用领域中一个新的趋势II/s是一种性能和成本折中的内核。本设计采用就是开始在嵌入式设备上集成网络通信功能(比的就是这种NiosII/s内核。如网络监控、网络数据采集系统等)，以便于通NiosII的优势就在于其灵活性，因为它可以过网络与远程设备进行信息的交互以增强系统的根据用户的需求进行灵活的配置和裁剪。基于互连性，而这仅仅需要一根网线就可以轻松完成NiosII软核的系统设计可利用Altera公司提供的系系统的互连。统设计工具SOPCBuilder和

3、集成开发环境NiosII目前市场上嵌入式处理器的种类很多。而通IDE来进行软硬件协同设计，以在很大程度上缩过Altera公司推出的第二代片上可编程嵌入式软短开发周期，并在系统开发的任何阶段都可以很核处理器NiosII，再配上其低成本、高性价比的方便地对系统进行修改。FPGA器件丰富的逻辑FPGA器件，便可使得嵌入式系统的开发变得越资源，和NiosII强大的处理能力，可为嵌入式系发方便。再者，由于NiosII的可配置和FPGA器件统设计提供有效的解决方案。的可编程特点，与专用硬件相比，该方案的灵活性具有很大的优势。2系统设计1NiosII简介基于NiosII和FPGA

4、的系统模块框图如图1所示。该设计采用Altera公司的CycloneII系列芯片，NiosII嵌入式软核处理器是Altera公司推出的并在其中配置NiosII软核处理器来控制外围设备第二代片上可编程的软核处理器，该处理器是可和协议栈的运行。此外，本系统中还添加了一个配置的，用户可以根据自己的实际需要进行处理器的配置，以达到资源的合理使用，其性能可以超过200DMIPS。NiosII采用哈佛结构，具有32位指令集，32位数据通道和可配置的指令及数据缓冲，而且可支持用户自定义指令(最多256个)以扩展CPU指令集，故为可编程片上系统(SoPC)设计提供了一套完整的解决方

5、案。NiosII提供有收稿日期：2007-08-11图1系统模块图www.ecda.cn2008.247第10卷第2期Vol.10No.22008年2月ElectronicComponent&DeviceApplicationsFeb.2008计算校验和的用户指令(cal_checksum)。三个信号外，其他信号都是可选的，设计时应根图1中，片上RAM用作内存运行程序；Flash据具体的应用来选择。本设计中的校验和计算指则使用SHARP公司的LH28F160S3T-L13A，主要令选用了start、dataa[31:0]、done、result[31:0]。用来存储

6、程序和配置信息。系统上电后，先将程其中start信号作为数据有效信号，dataa[31:0]为序从Flash中拷贝到片上RAM并运行；由于网络数据输入信号，当校验和计算完成时，done信号接口芯片使用SMSC公司的10/100M以太网接口控有效，以通知CPU读取result端口上的数据，因制芯片LAN9C111，所以，在SOPCBuilder中配置此，计算校验和指令逻辑必须确保当done信号有系统时，需要加上Altera免费提供的LAN9C111接效时，result端口上的数据有效。口控制器。嵌入式设备通过LAN9C111就可以接操作时可在SOPCBuilder中添

7、加校验和计算入以太网，以便与网络上的其他设备进行网络通指令，然后重新产生系统，再在QuartusII中更新信；SDRAM选用Micron公司的MT48LC8M16A2来并编译，接着在IDE中重新编译一次工程。这样，缓存网络数据，其中SDRAM控制器使用Altera公系统库中的“system.h”文件所包含的校验和计司免费提供的SDRAM控制器。算指令的宏定义如下：要提高系统性能，一方面应提高处理器的处#defineALT_CI_CAL_CHKSUM_N0x00000000理能力；另一方面可将软件处理比较费时的模块#defineALT_CI_CAL_CHKSUM(