基于MPSoC的以太網接口設計與實現

摘要 研究了以太網在多核系統中的數據通訊，設計了以太網IP核到MPSoC網絡資源的硬件接口。闡述了設計中各模塊的實現功能和設計方法，通過仿真和FPGA驗證結果表明，以太網接口數據通訊具有實時和高吞吐率。實現了多核系統與網絡數據的信息傳遞，硬件設計結構簡單、性能穩定可靠。
關鍵詞 千兆以太網；MPSoC；數據通信

隨著電子信息技術發展，網絡通信在日常生活中應用越來越廣泛，以太網技術經歷了10 Mbit·s-1到10 Gbit·s-1的發展歷程。當前電子設備網絡化、多媒體技術、數字圖像處理技術成為研究的熱點，片上多核系統(Multi-processor system-on-chip，MPSoC)在復雜數字系統中成為主要的硬件結構方案。這類系統通常用以太網完成數據通信，以太網接口設計與實現是一個關鍵部分。
數字系統規模不斷增大，隨著市場激烈競爭，系統開發周期要求也變得苛刻，目前，片上多核系統基于IP核的設計成為了主流趨勢。系統性能的提高，片上集成的處理器數量也不斷增多，基于網絡結構的片上多核系統相比總線結構的設計優勢越來越顯著。Xilinx公司和Ahera公司開發的FPGA芯片針對不同型號，都提供了許多不同類型和不同功能的IP核。然而，復雜數字系統，采樣FPGA實現，在開發難度和成本上占有明顯優勢。

1 MPSoC系統架構
MPSo采用NoC(Network-on-Chip，NoC)通訊結構，處理器和IP核通過資源接口與網絡通訊。系統結構如圖1所示，處理器與IP核采用總線通訊方式形成簇結構，簇、以太網模塊和DDR模塊通過資源接口與網絡進行通訊。圖中運算簇集成了兩個處理器，完成數據運算，轉置簇集成一個ARM控制器承擔數據的行與列交換，DDR模塊為片外存儲芯片的控制器，以太網承擔著系統的數據通訊模塊，主要實現系統的數據傳輸。

2 以太網接口設計
以太網模塊設計主要完成以太網控制器IP核用戶端接口協議與多核系統網路通訊協議的轉換。以太網接口硬件結構設計如圖2所示，以太網控制器IP核為Xilinx公司ISE軟件例化生成的千兆網控制器。接收模塊完成系統網絡數據輸出到以太網控制器IP核用戶端數據輸入的協議轉換，發送模塊承擔以太網控制器用戶端數據輸出到網路數據輸入的協議匹配。網絡接口模塊為多核系統通訊資源接口。