基于Zynq-7000的千兆以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

楊振雷 劉承敏 青先國 朱宏亮 包 超 蔣天植 喻 恒 李 進 羅庭芳 袁 航 單 偉

（中國核動力研究設計院核反應堆系統(tǒng)設計技術重點實驗室成都610213）

隨著核能行業(yè)的快速發(fā)展，核儀控系統(tǒng)復雜度逐漸提高，數(shù)據(jù)傳輸量也迅速增長，對數(shù)據(jù)傳輸提出了較高要求。傳統(tǒng)核儀控系統(tǒng)通常采用控制器局域網(wǎng)絡（Controller Area Network，CAN）或外圍設備互連（Peripheral Component Interconnect，PCI）等數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)傳輸，CAN總線具有實時性強、開發(fā)周期短、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，已經(jīng)成為計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線。但CAN總線數(shù)據(jù)通信速率最高只有1 Mbps，在一定程度上已經(jīng)難以滿足數(shù)據(jù)傳輸需求；PCI總線結(jié)構(gòu)非常復雜，最大傳輸速率也不超過133 Mbps。在現(xiàn)有的核儀控系統(tǒng)中，工業(yè)以太網(wǎng)逐漸得到廣泛的應用，例如分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）、堆外核測量系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等均開始采用工業(yè)以太網(wǎng)技術，商用的核儀控系統(tǒng)主要以百兆以太網(wǎng)為主。隨著以太網(wǎng)技術的發(fā)展和普及，將千兆以太網(wǎng)技術已成為當前核儀控系統(tǒng)研究的熱點和趨勢［1-2］。相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信模式，千兆以太網(wǎng)技術在數(shù)據(jù)傳輸速度、傳輸距離、組網(wǎng)架構(gòu)等方面均有較大的技術優(yōu)勢［3-4］。

目前，嵌入式千兆以太網(wǎng)硬件方案有多種實現(xiàn)方法［5-9］，例如基于單片機、ARM（Advanced RISC Machine）平臺、DSP（Digital Signal Processing）平臺和FPGA（Field Programmable Gate Array）平臺等。國內(nèi)外眾多高校和研究機構(gòu)在大科學裝置中均采用了嵌入式以太網(wǎng)解決方案，歐洲核子研究組織的Gnemmi等［10］基于FPGA實現(xiàn)了多種以太網(wǎng)硬件方案，在大型強子對撞機（Large Hadron Collider，LHC）強輻照環(huán)境下開展傳輸系統(tǒng)可靠性研究；……