基于MPSoC的以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要 研究了以太網(wǎng)在多核系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊，設(shè)計(jì)了以太網(wǎng)IP核到MPSoC網(wǎng)絡(luò)資源的硬件接口。闡述了設(shè)計(jì)中各模塊的實(shí)現(xiàn)功能和設(shè)計(jì)方法，通過仿真和FPGA驗(yàn)證結(jié)果表明，以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)通訊具有實(shí)時(shí)和高吞吐率。實(shí)現(xiàn)了多核系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的信息傳遞，硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞 千兆以太網(wǎng)；MPSoC；數(shù)據(jù)通信

隨著電子信息技術(shù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信在日常生活中應(yīng)用越來越廣泛，以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了10 Mbit·s-1到10 Gbit·s-1的發(fā)展歷程。當(dāng)前電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)，片上多核系統(tǒng)(Multi-processor system-on-chip，MPSoC)在復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)中成為主要的硬件結(jié)構(gòu)方案。這類系統(tǒng)通常用以太網(wǎng)完成數(shù)據(jù)通信，以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵部分。
數(shù)字系統(tǒng)規(guī)模不斷增大，隨著市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，系統(tǒng)開發(fā)周期要求也變得苛刻，目前，片上多核系統(tǒng)基于IP核的設(shè)計(jì)成為了主流趨勢(shì)。系統(tǒng)性能的提高，片上集成的處理器數(shù)量也不斷增多，基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的片上多核系統(tǒng)相比總線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)越來越顯著。Xilinx公司和Ahera公司開發(fā)的FPGA芯片針對(duì)不同型號(hào)，都提供了許多不同類型和不同功能的IP核。然而，復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)，采樣FPGA實(shí)現(xiàn)，在開發(fā)難度和成本上占有明顯優(yōu)勢(shì)。

1 MPSoC系統(tǒng)架構(gòu)
MPSo采用NoC(Network-on-Chip，NoC)通訊結(jié)構(gòu)，處理器和IP核通過資源接口與網(wǎng)絡(luò)通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，處理器與IP核采用總線通訊方式形成簇結(jié)構(gòu)，簇、以太網(wǎng)模塊和DDR模塊通過資源接口與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。圖中運(yùn)算簇集成了兩個(gè)處理器，完成數(shù)據(jù)運(yùn)算，轉(zhuǎn)置簇集成一個(gè)ARM控制器承擔(dān)數(shù)據(jù)的行與列交換，DDR模塊為片外存儲(chǔ)芯片的控制器，以太網(wǎng)承擔(dān)著系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊模塊，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

2 以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)
以太網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)主要完成以太網(wǎng)控制器IP核用戶端接口協(xié)議與多核系統(tǒng)網(wǎng)路通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。以太網(wǎng)接口硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，以太網(wǎng)控制器IP核為Xilinx公司ISE軟件例化生成的千兆網(wǎng)控制器。接收模塊完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸出到以太網(wǎng)控制器IP核用戶端數(shù)據(jù)輸入的協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)送模塊承擔(dān)以太網(wǎng)控制器用戶端數(shù)據(jù)輸出到網(wǎng)路數(shù)據(jù)輸入的協(xié)議匹配。網(wǎng)絡(luò)接口模塊為多核系統(tǒng)通訊資源接口。