基于Zynq—7000的多種以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案

劉佳+錢瑞杰+李洋

摘 要：Zynq是Xilinx公司推出的第一個(gè)可擴(kuò)展處理平臺(tái)，將雙核ARMCortex A9處理器與可編程邏輯架構(gòu)結(jié)合，充分體現(xiàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。以太網(wǎng)是當(dāng)今通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的接口，在Zynq中提供了兩路千兆以太網(wǎng)控制器，結(jié)合MIO、EMIO、AXI、PL等資源，可提供多種以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：Zynq可擴(kuò)展處理平臺(tái)；軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)；以太網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）09-0040-02

1 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，SOC受到了更多人的關(guān)注和推行，Xilinx公司的Zynq作為該領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，已被運(yùn)用到許多場(chǎng)合。Zynq-7000 系列基于 Xilinx 的可擴(kuò)展處理平臺(tái)結(jié)構(gòu)，在單芯片內(nèi)集成了具有豐富特點(diǎn)的雙核 ARM Cortex A9處理器系統(tǒng)（Processing System，PS）和 Xilinx可編程邏輯（Programmable Logic，PL）。其中，Cortex A9 雙核處理器是整個(gè)架構(gòu)的核心，外部存儲(chǔ)器接口、及豐富的外設(shè)資源都掛載在 ARM上，PL可看做完全可編程的外設(shè)。

本文基于以太網(wǎng)接口的大量使用，充分考慮到不同應(yīng)用場(chǎng)景接口形態(tài)的差異，如光口以太網(wǎng)、電口以太網(wǎng)。結(jié)合Zynq所具備的豐富設(shè)計(jì)資源，提出了基于Zynq-7000的多種以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案。

2 方案原理

Zynq-7000內(nèi)部有很多常見(jiàn)的I/O外設(shè)和存儲(chǔ)器接口，是PS的重要組成部分。這些外設(shè)包括GPIO、USB控制器、SPI控制器、UART控制器、千兆以太網(wǎng)控制器等。這些外設(shè)除具備通用功能外，還針對(duì)Zynq-7000做了改動(dòng)。使其能很好的支持PS+PL的架構(gòu)，靈活使用PL。

Zynq-7000中還提出了兩個(gè)新概念，MIO（Multiuse I/O）和EMIO（Extendable Multiplexed I/O）。MIO是PS的IO接口，共有54個(gè)引腳，這些引腳可用在GPIO、USB、SPI、Ethernet等功能上。EMIO主要是將MIO上放不下，而又想使用的IO接口連接到PL上，再?gòu)腜L的引腳連接到芯片外。

常用的以太網(wǎng)接口通常是MAC+物理PHY的形式，外接RJ45插頭，實(shí)現(xiàn)GE_T模式的電口應(yīng)用。也有MAC+Serdes PHY的形式，外連光纖，實(shí)現(xiàn)GE_BX模式的光口應(yīng)用。

Zynq-7000 PS部分包含了兩個(gè)千兆以太網(wǎng)MAC層硬核，因此還需要一個(gè)以太網(wǎng)物理層傳輸芯片或光模塊實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)接口。MAC層硬核所對(duì)應(yīng)的接口引腳，既可以從PS端的MIO連出，也可以通過(guò)EMIO從PL連出。綜合以上，本文提出了多種以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案。

3 具體實(shí)現(xiàn)

3.1 雙電口以太網(wǎng)（MIO）

兩個(gè)千兆以太網(wǎng)控制器，都使用MIO，共用MDC和MDIO管腳，從PS端出。分別外接Marvell 88e1518物理PHY。如圖1所示。

此種方式，兩個(gè)控制器必須共用MDC和MDIO，MD Bus上最多可以掛在32個(gè)物理PHY，通過(guò)PHY地址的不同進(jìn)行識(shí)別。圖中選用Ethernet Controller 0的MD Bus，也可以選擇Ethernet Controller 1的MD Bus。

3.2 雙電口以太網(wǎng)（MIO+EMIO）

千兆以太網(wǎng)控制器0使用MIO，從PS端出，外接Marvell 88e1518物理PHY。千兆以太網(wǎng)控制器1使用EMIO，從PL端出，外接Marvell 88e1111物理PHY。如圖2所示。

此種方式下，從EMIO出的PHY要注意電平標(biāo)準(zhǔn)，要根據(jù)PL管腳電平選擇相匹配的PHY。并且，從EMIO出時(shí)，只支持GMII模式。

3.3 電口以太網(wǎng)+光口以太網(wǎng)

千兆以太網(wǎng)控制器0使用MIO，從PS端出，外接Marvell 88e1518物理PHY。千兆以太網(wǎng)控制器1使用EMIO，從PL端出，在PL中使用IP核Ethernet 1000BASE-X PCS/PMA or SGMII，實(shí)現(xiàn)SerDes PHY。如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

基于軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的Zynq SOC平臺(tái)，巧妙利用PS和PL設(shè)計(jì)資源，實(shí)現(xiàn)了多種形態(tài)的以太網(wǎng)接口。且該設(shè)計(jì)集成度高、通用性良好。助力不同場(chǎng)景下，更靈活的應(yīng)用Zynq，實(shí)現(xiàn)資源效能最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]陸佳華，江舟，馬岷.嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)指南基于Xilinx Zynq[J].2013.

[2]何賓. Xilinx All Programmable Zynq-7000 SoC設(shè)計(jì)指南[M].清華大學(xué)出版社，2013.

[3]Xilinx Inc. Zynq-7000 All Programmable SoC Technical Reference Manual（v1.10），2015.