标签: 基于tmac和lwip的三态以太网设计

基于 TMAC 和 lwip 的三态以太网设计 一、  系统架构 1.      总线决定硬件架构 AXI4 和 PLB 总线用于 MicroBlaze 访问外设和非高速缓存。 AXI4 是 ARM 公司推出的第 4 代 AMBA 接口， Virtex-6 中的 MicroBlaze v8.20 全面采用 AXI4 标准， Xilinx 7 系列 FPGA 采用 ARM 核代替 MicroBlaze ，因此 AXI 总线是趋势；而之前版本的 MicroBlaze 主要采用 PLBv46 总线； AXI 总线需使用 AXI_Ethernet 、 AXI_DMA 、 AXI_V6_DDRX 三个关键 IP 核实现以太网； PLB 总线需使用 XPS_LL_TEMAC 、 MMPC （带 DMA ）两个关键 IP 核。此外， XPS_INTC 、 XPS_TIMER 等 IP 核都是必须的。 两种方案的架构详见 UG650 July 6, 2011 的 Figure 0 和 Figure 4 ，以及各个 IP 核的 user guide 。   2.      TCP/IP 协议库的选择 lwip （ low weight IP ，轻量级 IP ）是开源的 TCP/IP 协议栈，适用于嵌入式系统。 Lwip130_v3_01_a 库适用于 Xilinx 的 TEMAC IP 核，运行在 MicroBlaze 处理器。 lwip 为用户提供两种 API ： RAW API 和 Socket API 。 RAW API 不带操作系统，可以提供更高的数据吞吐率，因为没有操作系统，所以软件实现相对复杂； Socket API 用于 Xilkernel 操作系统上，因为运行了操作系统，所以数据吞吐率降低，但软件实现相对简单。两种 AIP 性能如下：     一、  功能描述 硬件 IP 核功能大致相同，都是实现 MAC 层协议，所以系统的功能主要取决于 MicroBlaze 上运行的软件。目前，软件可以实现以下功能： echo sever 、 web sever 、 TFTP sever 、 TCP RX 吞吐率测试、 TCP TX 吞吐率测试。每个功能都有 RAW API 和 Socket API 两种 API 函数（ C 程序），这 5 种功能都在 ML605 上验证通过，各种功能简单介绍如下： 1.      echo sever echo sever 将 PC 键盘上的输入通过网络返回给 PC 的程序。该功能使用 telnet 协议，主要用于远程登录服务。  2.      web sever 本文 web sever 只执行 HTTP 1.1 协议的子集，通过浏览器控制和监视嵌入式平台。 该功能可以传输命令，用于平台参数的配置。 本文 web sever 通过 HTTP GET 命令访问内存文件系统 MFS ， MFS 需事先下载到内存中，网页浏览器通过 IP 地址访问该文件； 通过 HTTP POST 明天控制 LED 灯的亮灭； 通过 HTTP POST 获取 ML605 板上 DIP 拨动开关的状态。 3.      TFTP sever TFTP （普通文件传输协议）是基于 UDP 的用于收发文件的协议， UDP 不能保证数据包传递的可靠性，但 TFPT 可以确保数据包不会丢失。（估计该项目中不会使用） 4.      TCP TX 和 RX 测试 TX 和 RX 吞吐率测试是一个简单的应用，它可以测试 TCP 收发的最大吞吐率。 PC 上需运行 iperf 开源软件， iperf 与 lwip 之间传输数据。  TX 和 RX 吞吐率测试，各模块的关系如下图所示：        一、     PC 和 FPGA 配置 硬件上， PC 和 FPGA 通过 JTAG 、 UART 、网线连接。 1.        PC 主机设置 a.      主机网络设置 PC 和 ML605 的 IP 地址要在同一个子网中， FPGA 上的 C 程序设置 ML605 的 IP 地址为 192.168.1.10 （ main.c 函数中，可更改）， PC 的 IP 地址可设置为 192.168.1.100 。      b.      主机网络协议安装 echo sever 和 TFTP 要在 CMD 中运行相应命令，必须先打开 telnet 和 TFTP 协议和命令，否则运行时 CMD 提示找不到该命令 方法：Control Panel - Programs - Turn Windows features on or off-选中TFT Client、telnet client、telnet sever – OK       c.      PC 端 iperf 软件安装 网上下载的 iperf-2.0.5 是在 linux 或 unix 等 OS 上运行的，要装在 windows 需安装 Linux 模拟器 Cygwin Terminal ，网上有教程，该方法复杂，不推荐使用。 Jperf 用 JAVA 编写了图像界面，其本质和 iperf 一致。 Windows 下推荐使用 iperf.exe ，在 CMD 中运行 iperf 命令，需 cd 进入 iperf.exe 程序所在文件夹或者修改环境变量，否则会提示找不到该命令。 d.      PC 端 Tera Term 软件安装 Tera Term 是 UART 串口调试中断，本文波特率为 9600 ，其他选项默认。   2.        FPGA 配置 SDK 中，需要导入 AXIDMA 和 lwip 库，导入成功后 bsp 的 MicroBlaze 的 libsrc 文件夹下会包含这两个库， clean project 后也不会消失。然后，导入 RAW API 和 Socket API 两个工程，再 build project 生成 elf 文件。详细步骤见 xapp1026 的 9-11 页。之后，依次下载 bit 文件、下载 mfs 文件、下载 elf 文件： a.       下载 bit 文件： Tools  -  Program FPGA b.      下载 MFS 文件：在 XMD Console 中依次运行 cd E:/Tri_Mode_Ethernet/MicroBlaze/ml605_lwip_axi_13.2/ready_for_download connectmbmdm dow -data uestc.mfs 0xCF000000 c.       下载 elf 文件：点中 raw app 或者 socket app 工程下的 binary 下的 elf ，右键 run as - launch on hardware   ü  此时， Tera Term 应出现以下界面：           各功能演示   5 个功能演示如下：（ Win7 系统要用管理员身份登录） 01234567890abcd       以上内容摘自《基于XILINX FPGA 嵌入式系统设计与开发》