基于片上多核系统的以太网接口的设计与实现

完成数据8～32位的数据宽度扩展，同时完成跨时钟域数据传输任务。由于该模块数据读入是高时钟频率的8位数据，数据读出是系统时钟频率下的32位数据，数据的流动是由慢到快的传递过程，因此选用一个深度为64的FIFO单元来承担。发送写控制模块通过读取缓存模块中的数据，配置发送数据的有效信息，完成网络数据包格式封装，最后传输至多核系统通信网络资源接口。

2．4 接收模块设计

接收模块承担网络数据包协议到以太网IP核接口协议转换，包含接收写控制器、接收数据缓存模块和接收读控制器。接收写控制器模块设计，通过网络控制信号和FIFO标识信号以及当前状态改变状态机的状态跳转。根据不同状态产生控制信号，实现网络包、配置包、结束包和负载信息的截取，把传播的有效数据写入数据缓冲模块。数据缓存模块把32位网络数据转换到8位宽的以太网控制器接口数据，同时实现数据跨时钟域传输任务。该数据流动方向，速度是由快到慢的过程，结合硬件逻辑资源和任务请求的频度，该设计选用一个深度为1 024，宽度为32的异步FIFO单元来承担。接收读控制器模块通过读取缓存FIFO中数据，配置发送数据的源和目的网卡地址及帧类型，完成以太网数据帧的封装，传输至以太网IP核用户端接口。

3 实验结果

该硬件结构在Xilinx M525开发板上验证实现，FPGA芯片型号为Virtex-5 XC6VLX550T，其中芯片逻辑资源为207360，存储资源为11．39 MB，寄存器资源为207 360，系统硬件在FPGA中资源占用如表1所示。

表1是系统设计通过ModelSim功能仿真后，在Xilinx ISE工具上综合后的结果，综合频率高达245．562 MHz。在系统运行中，以太网控制器IP核时钟工作频率在125MHz，系统时钟频率为100MHz。通过仿真和FPGA下载验证后，接口通讯时钟周期统计如表2所示。

通过表2可以看出，以太网接口设计在完成两种协议转换和跨时钟数据传输中，通讯响应时间短，且具有实时和稳定传输，避免了异步时钟在数据传输中的效率问题。

实验测试，把FPGA开发板与PC机通过网线连接，如图6所示。在PC机上编写软件程序，用于发送和接收硬件系统数据，通过修改数据文件，测试不同深度的数据传输。比较发送数据和接收数据文件，判断传输误码率。

实验测试了不同文件大小的数据传输需要时间，统计结果如图7所示。测试结果，发送与接收文件数据，与预期结果一致。通讯时间与数据文件大小近似于线性关系，且传输时间短。以太网接口设计模块为MPSoC承担网络数据通讯，提供了实时和高吞吐率的通讯速度。此外，以太网模块可以用于系统单模块集成调试传输源数据，提高验证效率。以太网接口模块也可以应用于通讯网络，实现系统数据与网络通讯信息的交换。


4 结束语

研究了以太网在MPSoC中的数据通讯，解决了系统在网路通讯中的实时和高吞吐率的数据传输瓶颈。通过该接口与多核系统通讯，可以完成局域网到广域网数据信息传递。