嵌入式通用千兆以太网接口的设计与实现.pdf

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1、2011年仪表技术与传感器2011第6期InstrumentTechniqueandSensorNo．6嵌入式通用千兆以太网接口的设计与实现张伟华，魏仲慧，何昕(1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033；2．中国科学院研究生院，北京100039)摘要：以现场可编程门阵列FPGA和千兆以太网网络控制器AX88180为硬件平台，针对嵌入式设备资源有限的特点，提出了一种通用的嵌入式设备千兆以太网接口设计与实现方案。详细阐述了系统的组成结构、工作原理；讨论了以太网TCP／IP网络协议的基本体系结构；总结提出了适合嵌入式设备的TCP／IP

2、网络协议实现方法；给出了网络驱动和数据处理的设计流程以及仿真结果；并实际测试了系统的通信性能，给出了实验结果。实际应用证明该设计通用、灵活，可以根据实际需求实现各种嵌入式设备的千兆以太网接入，而千兆以太网更高的传输带宽优势，可以满足大数据量传输的要求。关键词：嵌入式；千兆以太网；现场可编程门阵列；千兆网络控制器；TCP／IP中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)06—0041—03DesignandImplementationofEmbeddedUniversalGigabitEthernetInterfaceZH

3、ANGWei—hua，WEIZhong-hui，HEXin(1．ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofScience，Changchun130033，China；2．GraduateSchool，ChineseAcademyofScience，Beijing100039，China)Abstract：ThehardwareplatformwasbuiltonFPGA(fieldprogrammablegatearray)andGigabitEthernetn

4、etworkcontrollerAX88180，forthecharacteristicsofembeddeddeviceswithlimitedresources，thispaperproposedauniversaldesignandimplemen—tationprogramforembeddeddevicesGigabitEthernetinterface．Itpresentedtheorganizationstructureandoperateprincipleofthesystemindetail；discussedthebasicarch

5、itectureofEthernetTCP／IPnetworkprotoco1．ItsummarizedandproposedanappropriateTCP／IPnetworkprotocolimplementmethodforembeddeddevices；gavethenetworkdriveanddataprocessingflowchartandsimu—lationresults．Thecommunicationperformanceofthesystemwastestedandtheexperimentalresultswasshown．

6、Practicalapplica-tionshowesthatthedesignisgeneral-purposeandflexible，canachievetheactualGigabitEthernetcommunicationneedsofavarie-tyofembeddeddevices，andthehigherbandwidthadvantagesofGigabitEthernetmeettherequirementsoflargedatatransmission．Keywords：embedded；GigabitEthemet；FPGA；

7、GigabitEthernetcontroller；TCP／IP0引言1网络协议体系结构及实现方法通常利用控制局域网络总线(ControlAreaNetwork，CAN)，1．1网络协议基本体系结构基金会现场总线(FoundationFieldbus，FF)等现场总线技术组建TCP／IP协议的体系结构如图1所示，与开放系统互连基本现场总线控制系统，实现多个嵌入式设备之间的信息交换、协参考模型(OSI)的七层体系结构不同，TCP／IP采用四层体系结同运作。各种总线技术相关通信协议不开放，互不兼容，系统构，分别是应用层、运输层、网际层以及网络接口层。应用层

8、布线复杂，成本上升，其通信速率较低、覆盖范围有限、灵活性向应用进程提供应用服务，运输层向应用层