TCPIP通信技术在XilinxFPGA上的实现.pdf

第2 期 水 利 水 文 自 动 化 N O .2 2007年6 月 Automation in Water Resources and Hydrology Jun.,2007 TCP/IP通信技术在Xilinx FPGA上的实现 鲍兴川 （国网自动化研究院/南京南瑞集团公司，江苏　南京　210003） 摘　要：研究了TCP/IP通信协议栈在Xilinx 公司现场可编程门阵列FPGA上的实现，介绍了其软硬件的系统组成 和原理，提出一种不需操作系统的TCP/IP协议栈的高效工作模式，并在Spartan 3 FPGA上移植成功，通过建立测 试平台进行测试，证明其工作方式具有更高的通信性能，为水利水电自动化系统设备开发提供新的思路。 关键词：TCP/IP；通信技术；FPGA；Spartan 3E；IPCore；MicroBlaze 中图分类号：TN92　　　　　文献标识码：A　　　　　　文章编号：1672-3279(2007)02-0020-03 0 　前言 嵌入式系统设计技术和世界热门研究方向。 由于IEC 6 1850 已成为电力 自动化系统及变电站 现已搭建的系统是基于Xilinx 的Spartan 3 FPGA ， 通信网络唯一的国际标准，其成为国家标准 已是大 Spartan 3是Xilinx 公司 自1999年以来推出的第5代低 势所趋，水利水电行业的自动化及通信网络系统标 成本FPGA解决方案。Xilinx低成本FPGA被广泛应用 准必将参照或照搬其标准。IEC 6 1850推荐在变电站 于多种应用中，如汽车、数字 电视 （PDP 、LCD ） 层与间隔层、间隔层与过程层之间均采用以太网通 投影仪和高清晰度电视 （HDTV ），以及宽带技术。 信技术，以保证高速可靠的数据传输。这样以太网 Spartan-3采用90 nm技术和12英寸 （300 mm ）晶圆制 和其支撑软件TCP/IP通信协议栈被大量应用在水利 造，为全球成本最低FPGA器件确立了新标准。该系 水电自动化和通信系统产品中也将成为必然， 目前 列产品的门容量范围从5 ～ 500万门，可提供最多784 国内主要的水利电力产品开发厂家已或将开始着手 个用户I ／O及丰富的功能。 研发符合IEC 6 1850 的带双以太网接 口的新型水利电 系统采用X ilinx 公司的32位CPU 作为中央处理 力 自动化产品。 器，它是支持Cor eConn ect 总线的标准外设集合。 目前美国Xilinx 公司的现场可编程门阵列FPGA MicroBlaze处理器运行在150 MHz 时钟下，可提供125 和32位CPU 技术已在水利水电自动化产品中得到广 D-MIPS的性能，非常适合设计针对通信网络、自动 泛应用，但各设备之间大量使用的仍然是RS-485或 化、电信、数据通信和消费市场的复杂嵌入式系统。 CAN -bu s通信总线搭建的通信网络，本文从实际出 已实现 的系统 由M i c r o B l a z e 、I L M B 总线 、 发，以已在Xilinx FPGA 的MicroBlaze IPCore （俗称 DLMB 总线、BRAM MEMC 、32kBRAM 、SDRAM 软32位CPU ）搭建的在片系统 （System-on-Chip ）之 MEMC(控制器) 、10 / 100Eth ern et 、MDM (调试模 上实现的TCP/IP通信协议栈LWIP为例进行说明，详 块) 、GPIO接 口、UART 16550 串口、OPB TIMER(时 细介绍其软硬件的系统组成和原理，阐述了FPG