基于FPGA的TCP／IP通信協(xié)議與Matlab通信系統的研究

　　(1)在EDK的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境XPS(Xilinx Platform. Studio)中，處理器功能單元，系統外圍總線(xiàn)結構，終端外設以及相應的地址映射和默認的驅動(dòng)等都可以在BSB(Base System Builder)中完成。在Microblaze系統的基本構建中其主要設置如下：使用Single Processor System系統，Local Memory為16k，系統時(shí)鐘頻率為62．5MHz，定時(shí)器和以太網(wǎng)中斷必須連接到處理器的中斷控制器上，另外，本設計還用到的GIOP、 Ethernet MAC、DDR、SDRAM控制器等，其間用到的IP驅動(dòng)，都是用xilinx提供IP的自帶默認的相應驅動(dòng)。

　　(2)最后XPS自動(dòng)生成微處理器硬件規范MHS(Microprocessor Hardware SpecificaTIon)和描述軟件系統結構的微處理器軟件規范MSS(Micro-processor Software Specification)文件以及一些相關(guān)的文件。這些文件都可以手動(dòng)進(jìn)行修改，從而是使整個(gè)系統更加的優(yōu)化。

　　(3)生成的系統最后生成bit文件，把其文件下載到目標板子上。

　　2．2 Simulink接收模塊的搭建

　　Simulink中TCP／IP中的接收模塊，其終端的地址，端口的設置要與FPGA上的以太網(wǎng)的IP地址、端口的設置一致，這就為 TCP／IP接收模塊指定了要通信的地址即完成了接收模塊TCP／IP的相關(guān)配置，也就完成了FPGA與Matlab中以太網(wǎng)通信的接收模塊的搭建，在 Simulink中，具體的模塊設計如圖3所示。

　　通信數據通過(guò)此模塊可以較直觀(guān)地用圖形動(dòng)態(tài)顯示。

　　3 系統的軟件平臺及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的實(shí)現

　　3．1 軟件內核和協(xié)議

　　本設計主要選擇了Xilinx公司的精簡(jiǎn)嵌入式操作系統Xilkemel，它是Xilinx提供的用于EDK系統的小型、模塊化的嵌入式操作系統內核，它支持Microblaze核，與EDK形成的硬件系統無(wú)縫連接，具有可定制、CPU資源占用較小、運行速度快等特點(diǎn)，是MicroBlaze嵌入式軟核的理想操作系統，其整體的開(kāi)發(fā)流程如圖4所示。

　　網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議我們采用TCP／IP協(xié)議，該通訊協(xié)議采用四層(應用層、傳輸層、互連網(wǎng)絡(luò )層、網(wǎng)絡(luò )接口層)層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò )來(lái)完成自己的需求，系統分為兩部分實(shí)現：

　　第一部分為物理層和MAC層，本設計中用LAN83C185來(lái)實(shí)現物理層，MAC層由Xilinx公司的Ethernet MAC IP核，并作為整個(gè)MicroBlaze系統硬件的一部分在FPGA內實(shí)現。

　　第二部分是運輸層和網(wǎng)際層，主要由軟件代碼實(shí)現。TCP／IP網(wǎng)絡(luò )通信軟件允許用戶(hù)遠程注冊到另一個(gè)系統中，并從一個(gè)系統復制文件到另一個(gè)系統，雖然Xilkernel本身不帶有文件處理系統和TCP／IP協(xié)議棧，但它與Xilinx公司的LwIP庫具有良好的接口，加上系統支持庫 LibXilMFS可形成一個(gè)比較完整的嵌入式系統，其特點(diǎn)是內核配置功能都已集成到EDK工具中，使用簡(jiǎn)單、方便，內核啟動(dòng)靜態(tài)創(chuàng )建線(xiàn)程，而動(dòng)態(tài)分配內存，可加載或卸載不同功能模塊來(lái)實(shí)現內核的高擴展性。

　　本設計主要采用LwIP3．OOb(Light weight Internet Protocol stack)協(xié)議模塊套用于嵌入式系統的開(kāi)放源代碼TCP／IP協(xié)議棧中，LwI-P3．00b提供二種API模式：Socket模式和RWA模式，由于 Socket模式開(kāi)發(fā)難度不大，只要啟動(dòng)X(jué)emacif input thread線(xiàn)程，從中斷響應的過(guò)程中接收數據包并轉移到LwlP的tepip thread中就可以。所以基于方便考慮我們決定上層協(xié)議部分協(xié)議模塊采用Socket模式，因此需在MSS文件里對LwIP進(jìn)行例化(包括相應的 LwIP參數設置)從而減少存儲器利用量和代碼編寫(xiě)。

　　3．2 網(wǎng)絡(luò )通信程序的實(shí)現與設計

　　網(wǎng)絡(luò )通信程序主要完成從超極終端發(fā)送數據，傳到Simulink中的ICP／IP接收模塊。下面是主要的網(wǎng)絡(luò )通信程序：

　　Server_thread()函數是Xilkernel的第一個(gè)線(xiàn)程，初始化LwIP協(xié)議棧。

　　ServerAppThread()函數可完成MAC、IP、掩碼以及網(wǎng)關(guān)的配置，并完成Socket應用。