基于FPGAMicroBlaze軟核實現的以太網設計方法

王曉鵬

摘要：以太網是目前最流行的分組交換局域網技術，它的控制是分布式的，無中央權力的授權接入可以同時接入多臺機器，自己檢測載波是否空閑。以太網技術具有簡單、方便、價格低、速度高等特點，在軍事、工業、教育、娛樂等方面獲有著廣泛的應用。本設計主控芯片采用Sparntan 3E系列型號為XC3S500E-PQ208 的FPGA，以太網控制器采用DM9000芯片實現，詳細闡述工程設計流程和軟硬件實現方法。

關鍵詞：FPGA；DM9000；MicroBlaze；嵌入式

中圖分類號：TP393.11；TN791 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0154-01

1 以太網技術基礎

以太網接口中最重要的協議是TCP/IP，包括應用層、傳輸層、Internet層、網絡接口層、物理層。在網絡接口層包括邏輯數據控制子層（LLC）和媒體訪問子層（MAC），MAC子層在上層協議和以太網之間傳輸和接收數據，確保以太網上第一個幀的數據遵循介質存取規則。

2 芯片選擇

2.1 FPGA芯片介紹

Spartan3E系列的XC3S500E-PQ208，該芯片邏輯門數達50萬門，有20塊RAM，芯片內含208個I/O引腳，需要3.3V、2.5V、1.8V的I/O端口電壓，各個分組獨立供電。

2.2 以太網控制器DM9000介紹

DM9000是一個綜合、成本低的快速以太網控制器芯片，具有通用的處理器接口，傳輸速率達100Mbit/S，具有自適應，低功耗、高處理性能，支持3.3～5V電源電壓。它向外提供一個MII接口，支持8位、16位、32位的接口來適應不同的處理器對內部存儲器的訪問，且具備MAC控制器，簡化了設計流程、能完成不同系統的軟件驅動開發。

3 整體設計方案

3.1 硬件設計

整體硬件設計采用FPGA位主控制器，外接以太網控制芯片DM9000，DM9000自帶物理（PHY）層處理接口和媒體接入控制（MAC）層處理接口，DM9000與水晶頭（RJ-45）連接，DM9000提供了8位、16位、32 位三種不同的連接方式，本文選擇8位的連接方式，DM9000原理圖如圖1所示。

3.2 DM9000硬件驅動

DM9000控制器提供了通用的CPU接口，利用EDK提供的XPS-EPC與之對接，將XPS-EPC添加到系統中，并連接到PLB總線上，最大寬席設置為4，數據位寬設置為16，除了地址總線外其余端口都需要設置成外部端口。

3.3 DM9000軟件驅動

DM9000軟件驅動包含端口讀寫操作、PHY的端口配置、復位與初始化的實現、接收數據包的操作實現、發送數據包的操作實現，數據包發送流程圖如圖2所示。

4 結語

本文給出一個完整的以太網嵌入式開發系統，重點是外部驅動和軟件開發，可以從DM9000驅動開發中掌握一般的開發方法和技巧，并在實際應用中靈活應用，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]徐欣.基于FPGA的嵌入式系統設計[M].北京：機械工業出版計，2005：28-34.

[2]王田苗.嵌入式系統設計與實例開發[M].北京：清華大學出版社，2003：16-25.

[3]施勇.基于DM9000的嵌入式以太網接口設計與實現[J].合肥工業大學學報，2001，34（04）：19-23.endprint