关于FPGA实现网卡通信的方案比较报告.docx

目录 TOC \o 1-5 \h \z \o Current Document 关于FPGA实现网卡通信的方案比较报告 I \o Current Document 一、 以太网卡的组成和原理 1 \o Current Document 二、 目前以太网卡实现方案的介绍及优缺点分析 2 方案一：用单片机实现以太网卡通信 2 方案二：在UC/OS-II操作系统下以DM9000A和LPC2214为核心的嵌入式以 太网接口实现 7 方案三：在J1C/OS-II操作系统下基于S3C44B0X的嵌入式以太网借口的实现 14 方案四：在jiClinux系统下以S3C44B0X为核心的嵌入式以太网接口设计.....16 方案五：基于NIOS II的嵌入式以太网接口的设计 19 方案六：基于FPGA的以太网卡的实现 24 \o Current Document 三、初步方向 29 关于FPGA实现网卡通信的方案比较报告 一、以太网卡的组成和原理 以太网卡的组成 网卡工作在物理层和数据链路层间，主要完成网络与主机之间的 数据传输，其主要组成有数据链路层芯片MAC控制器和物理层芯片 PHY两部分。其中，MAC是网卡最主要部分，完成数据封装和媒质接 入管理2大功能，其与PHY的数据传输和控制沟通是通过标准接口 GMII /MII来实现的。通常，网卡用一块EEPROM来记录网卡芯片供 应商和子系统供应商的身份标识、网卡的MAC地址及其一些配置等。 此外，很多网卡还集有用于无盘操作的BOOTROM插槽和TANSFORMER 隔离变压器。 以太网卡的工作原理 网卡是计算机与网络缆线间的物理接口，它不仅具有将计算机中 的数字信号转换成电（或光）信号的作用，还有串并转换的作用。网卡 在发送数据时，首先对通信介质上的载波进行监听。如果发现载波， 则认为其他站点正在传送信息，会继续监听。如果通信介质在一段时 间之内（即帧间隙时间IFG二9?6s）没有被其他站点占用，则此时网卡 开始发送数据。网卡在发送数据的同时会继续对通信介质进行监听， 以防止与其他站点发生冲突。网卡在发送数据的过程中，如果检测到 冲突信号会立即停止本次的数据发送，同时向介质发送一个“阻塞” 信号，以便告诉其他站点C经发生冲突，从而丢弃那些可能还在接收 的、但已受损的帧数据，并在等待一段随机时间后，对刚才发送出错 的帧数据进行重传。当重传的次数超过16次仍有冲突发生时，网卡 就会自动放弃发送该帧数据。接收数据时，网卡先对介质上传输的每 个帧进行长度检测，当帧长小于64 Byte时，网卡会把该帧当作冲突 碎片丢弃。如果不是冲突碎片，并且冃的地址是本地地址，则网卡对 该帧进行完整性校验。最后只有通过校验的帧才被认为是有效的，网 卡将它接收下来进行本地处理。 二、目前以太网卡实现方案的介绍及优缺点分析 方案一：用单片机实现以太网卡通信 早期用单片机作为主处理器控制以太网卡芯片来实现和以太网的 数据交换。由于单片机内存资源小，处理速度慢，还需要对单片机外 扩RAMo由于以太网的数据包最大可以有1500多字节，单片机是无 法存储这么大的包的，只有放到外部的RAM里，用于提高单片机的数 据传输速度和处理复杂的TCP/IP协议。单片机主要是AT89C5,网卡 芯片一般是RTL8019ASo 1.系统硬件结构设计 系统的硬件电路结构如图1所示。主要包括MCU、串口通信， EEPR0M和网卡芯片等单元。 WL 件榊图EEPROMMAX232 WL 件榊图 EEPROM MAX232 2.系统软件实现 系统软件的设计包括以太网卡控制器的驱动程序设计和上层协议 软件设计。驱动程序设计有网卡芯片初始化和收发数据包程序。上层 软件主要是实现TCP / IP协议，由于单片机自身资源有限，它的存储 容量、处理速度和总线宽度等都不能像PC机那样采用标准的TCP/ IP协议，但可以根据系统的特点和功能，将精简的TCP / IP协议嵌 入到单片机中。 2. 1网卡初始化和收发数据包程序设计 首先对RTL8019AS进行复位。当系统复位完成后，要对网卡的工 作参数进行设置，即对网卡初始化，网卡的工作参数可通过对 RTLS019AS内部寄存器设置oRTL8019AS内部寄存器有4页，与NE2000 兼容的有3页，第4页不用。页选择由CR寄存器的PSI, PSO位确定。 在0页寄存器中可以设置接收、发送状态配置以及发送缓存区的起始 页与接收缓存区起、止页地址等寄存器；在I页寄存器中可以设置以 太网接口的MAC地址和多播地址。 RTL8019AS内部有两块RAM区。一块16 kB,地址为0x4000?0x7ff； RAM按页存储，每256字节为一页。将RAM的前12页（即0x4000— 0x4bff）存储区作为发送缓冲