基于ZYNQ的以太網接口擴展電路設計

孫靜++趙興亮

摘 要：介紹了一種基于ZYNQ的以太網接口擴展電路的設計方法。以ZYNQ-7030和以太網交換芯片BCM53284M為核心，分析了ZYNQ的功能和特點以及BCM53284M主要性能，并給出了接口的硬件設計電路。

關鍵詞：ZYNQ；以太網；交換

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0023-02

1 概要

ZYNQ系列是Xilinx公司推出的行業第一款可擴展處理平臺，它將高性能的ARM Cortex-A9 MPcore處理器片上系統（SoC）和FPGA相結合，為高清視頻監控及工業自動化等高端嵌入式應用提供所需的處理與計算性能[1]。隨著互聯網技術的快速發展，以太網交換技術日趨成熟，更多的設備選擇利用太網交換技術完成大量數據的快速傳輸[2]。ZYNQ和以太網技術的結合滿足了技術發展的需求。ZYNQ的PS端僅提供了2個以太網控制器，或者可以通過PL端擴展以太網接口，但程序設計復雜，難度大。本文提出了一種基于ZYNQ的以太網接口擴展電路設計方法，以解決系統網絡交換的要求。

2 設計內容

2.1 ZYNQ

在ZYNQ的PS中有2個千兆以太網控制器。每個控制器都是可配置的，并可以單獨控制，并集成了介質訪問控制層（MAC），便于使用。ZYNQ提供兩種方法與物理層設備連接，第一種是通過RGMII接口將物理層設備連接到ZYNQ的MIO上。第二種方法是通過GMII/MII接口通過EMIO將ZYNQ連接到物理層設備上去。另外，也可以通過ZYNQ的PL接口擴展以太網接口，則需要程序設計MAC，較為復雜。

GMII（Gigabit Medium Independent Interface）即千兆媒體獨立接口。它是IEEE-802.3定義的以太網行業標準。GMII接口提供了8位數據通道，125MHz的時鐘速率，從而1000Mbps的數據傳輸速率。GMII接口主要包括四個部分。一是從MAC層到物理層的發送數據接口，二是從物理層到MAC層的接收數據接口，三是從物理層到MAC層的狀態指示信號，四是MAC層和物理層之間傳送控制和狀態信息的MDIO接口。

本文選用的接口方式為通過RGMII接口將物理層設備連接到ZYNQ上。

2.2 以太網交換芯片

目前，以太網交換芯片集成度越來越高，功能也越來越強大。本文選用BroadCom公司推出的一款高性能的交換芯片BCM53284M。它包括24個集成了PHY的10/100BASE-TX/EFX接口，2個10/100/1000 GMII/RGMII接口，為以太網數據交換提供了足夠多的通道。BCM53284M內部集成MAC，并符合IEEE 802.3 and IEEE 802.3x標準協議。

2.3 硬件設計

本文電路設計主要由ZYNQ-7030芯片、以太網交換芯片BCM53284M、PHY接口電路88E1518和BCM5482S、網絡變壓器HS9016、時鐘電路和電源模塊組成，硬件電路框圖如圖1所示。

ZYNQ-7030 與PHY的接口電路如圖2所示 。ZYNQ-7030與PHY之間采用RGMI接口，發送的數據線ETH_TXD<3..0>，時鐘信號ETH_TXCK，發送控制ETH_TXCTL； 接收的數據線ETH_RXD<3..0>，發送控制ETH_RXCTL； 管理配置接口ETH_MDIO、ETH_MDC。ZYNQ-7030引腳軟件配置如圖3所示。

BCM53284M與PHY接口電路BCM5482S的接口電路如圖 4所示。BCM53284M與PHY接口電路BCM5482S之間同樣采用RGMII接口方式。BCM53284M最終輸出1個千兆以太網接口，24個百兆以太網接口。將ZYNQ-7030和BCM53284M通過PHY對接后，即完成了以太網接口電路的擴展。

3 結語

本文提出的基于ZYNQ的以太網接口擴展電路設計方法極大地提高了數據交換能力，解決以太網數據通道的限制，為高速數據的網絡交互提供了可能，目前設計已經在多個項目中應用，性能穩定。

參考文獻

[1]劉宏，符意德.基于ZYNQ芯片的圖像處理系統平臺設計[J].計算機與現代化，2015（8）：43-47.

[2]孟芳，邱里鑫.高性能以太網交換芯片BCM56132的研究與應用[J].電視技術，2012，36（S1）：57-60.