片上PowerPC在VxWorks下的UDP千兆網(wǎng)通信

　　當前，SoC向著(zhù)面積更小、速度更高的方向發(fā)展，百兆網(wǎng)通信已不能滿(mǎn)足人們的生產(chǎn)和工作需要，用千兆網(wǎng)通信成為工作中迫切的要求。用FPGA實(shí)現千兆網(wǎng)的通信，有二種模式可以選擇：其一，編寫(xiě)一個(gè)IP軟核；其二，用FPGA內嵌的MAC內核。方法一的靈活性大，但要實(shí)現并不容易，因此，賽靈公司將其歸為收費IP；方法二中，MAC的三態(tài)可配置特性為實(shí)現千兆網(wǎng)通信提供了可能。本設計就是基于此內嵌的Ethernet MAC模塊，在Vx-Works操作系統下成功實(shí)現了千兆網(wǎng)的通信。

　　1 Virtex4 FX系列FPGA中內嵌的千兆通信硬核架構

　　Virtex4 FX系列FPGA中內嵌了多個(gè)用于千兆通信的硬核。以XC4VFX20為例，如圖1所示，它通過(guò)一個(gè)主機接口連接了2個(gè)EMAC核。2個(gè)EMAC可以一起使用，也可以只使用其中的一個(gè)。

　　Virtex4中嵌入的Ethernet MAC硬核主要特點(diǎn)：

　　◆支持半雙工和(或)全雙工操作；

　　◆設計符合IEEE 802.3-2002標準；

　　◆支持3種操作模式：1 Gb／s、100 Mb／s、10 Mb／s；

　　◆支持MII、GMII、RGMII、SGMII通信方式；

　　◆為不限長(cháng)度的VLAN幀和JUMBO幀提供技術(shù)支持；

　　◆提供了可選的網(wǎng)絡(luò )管理特性，包括基于每個(gè)分組的統計數據矢量和流程控制。

　　通過(guò)一個(gè)與處理器無(wú)關(guān)的接口，可以對TEMAC核進(jìn)行配置和監控，其為用戶(hù)選擇適合其應用的理想處理器提供了附加的靈活性。

　　在1 Gb模式下，TEMAC支持千兆位級媒體獨立接口(GMII)和降低千兆位級媒體獨立接口(RGMII)。GMII是一個(gè)運行頻率為125 MHz的字節寬并行SDR接口，而RGMII是一個(gè)運行頻率為25 MHz的半位元組并行DDR接口，可以提供的總帶寬為1 Gb／s。而且，在100 Mb／s和10 Mb／s模式下，TEMAC均支持MII接口。MII接口是4位寬，在100 Mb／s模式下其工作頻率為25 MHz。在10 Mb／s模式下，MII接口的工作頻率為2.5 MHz。

　　由于Virtex4中嵌入了Ethernet MAC硬核，同時(shí)，FX系列還嵌入了PowerPC，這樣，就可以用PowerPC控制Ethernet MAC實(shí)現千兆網(wǎng)的通信。

　　2 VxWorks下BSP的移植

　　VxWorks 操作系統是美國WindRiver公司于1983年設計開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)。它采用微內核的結構，具有支持多種處理器、豐富的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、良好的兼容性和裁剪性等特點(diǎn)，同時(shí)具有程序動(dòng)態(tài)鏈接和下載的功能。自從20世紀80年代問(wèn)世以來(lái)，以其不斷推出的升級版本、高性能內核以及友好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統領(lǐng)域逐漸占據一席之地，尤其以成功應用于火星探測車(chē)和愛(ài)國者導彈等高科技產(chǎn)品而聞名。VxWorks的板級支持包BSP (Board Support Package)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開(kāi)發(fā)包，主要功能是屏蔽硬件，提供操作系統的驅動(dòng)。具體功能包括：

　　◆單板硬件初始化，主要是CPU的初始化，為整個(gè)軟件系統提供底層硬件支持；

　　◆為操作系統提供設備驅動(dòng)和系統中斷服務(wù)程序；

　　◆定制操作系統的功能，為軟件系統提供一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)的運行環(huán)境；

　　◆初始化操作系統，為操作系統的正常運行做準備。

　　在嵌入式系統設計中，BSP的開(kāi)發(fā)是一項非常復雜而繁瑣的工作，Xilinx公司提供的EDK套件，可以在很大程度上減輕開(kāi)發(fā)者的工作負擔。EDK中的 BSP生成器(BSPgen)可以根據不同的微處理器、外設和RTOS組合自動(dòng)產(chǎn)生用戶(hù)可裁剪的BSP。它包含了系統所必需的支持軟件，包括Boot代碼、設備驅動(dòng)和RTOS的初始化。利用BSPgen可以把Xilinx器件驅動(dòng)打包到BSP的子目錄下，并且把Xilinx器件驅動(dòng)與VxWorks及其 Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫集成，充分縮短開(kāi)發(fā)周期。

　　但是，BSPgen生成的BSP只是一個(gè)固定的BSP模板，并不能正確地反映RAM／ROM的存儲器映射，不支持用戶(hù)通過(guò)BSPgen流程自定義的核／驅動(dòng)等。因此還需要對BSPgen產(chǎn)生的BSP進(jìn)行修改。

　　對BSP開(kāi)發(fā)人員來(lái)講，借助EDK的BSPgen，還必須要做以下幾項工作：

　?、傩薷腸onfig.h和Makefile中的RAM、ROM地址及串口速率；

　?、谛薷膕ysSerial.c，對串口進(jìn)行正確的設置；

　?、墼黾硬荒芘cVxWorks無(wú)縫集成的器件的驅動(dòng)文件，關(guān)鍵性中斷、GPIO接口等；

　?、芘渲胹ysNet.c中的以太網(wǎng)參數，設置MAC地址；

　?、莞鶕﨓DK中的配置，禁止或使能Cache；