當(dāng)前，SoC" title="SoC">SoC 向著面積更小，速度更高的方向發(fā)展，百兆網(wǎng)通信已不能滿足人們的生產(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" title="FPGA">FPGA實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)的通信，有二種模式可以選擇，其一，編寫一個(gè)IP軟核，其二，用FPGA內(nèi)嵌的MAC內(nèi)核。方法一的靈活性大，但要實(shí)現(xiàn)并不容易，因此，賽靈公司將其歸為收費(fèi)IP;方法二中的MAC的三態(tài)可配置特性為我們實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)通信提供了可能，本文就是基于此內(nèi)嵌的Ethernet MAC模塊，在VxWorks" title="VxWorks">VxWorks操作系統(tǒng)下成功實(shí)現(xiàn)了千兆網(wǎng)的通信。
1 Virtex4 FX系列FPGA中內(nèi)嵌的千兆通信硬核架構(gòu)
Virtex4 FX 系列FPGA中內(nèi)嵌了多個(gè)用于千兆通信的硬核，以XC4VFX20為例，它通過一個(gè)主機(jī)接口連接了二個(gè)EMAC核。二個(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硬核主要有以下特點(diǎn)：
支持半雙工和／或全雙工操作
設(shè)計(jì)符合IEEE 802.3-2002標(biāo)準(zhǔn)
支持３種不同的操作模式：1 Gbps、100 Mbps、10Mbp
支持MII，GMII，RGMII，SGMII通信方式
為不限長(zhǎng)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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)矢量和流程控制
可以通過一個(gè)與處理器無關(guān)的接口對(duì)TEMAC核進(jìn)行配置和監(jiān)控，其為用戶選擇適合其應(yīng)用的理想處理器提供了附加的靈活性。
在１Gigabit模式下，TEMAC支持千兆位級(jí)媒體獨(dú)立接口(GMII)和降低千兆位級(jí)媒體獨(dú)立接口(RGMII)。 GMII是一個(gè)運(yùn)行速率為125 MHz的字節(jié)寬并行SDR接口，而RGMII是一個(gè)運(yùn)行速率為25 MHz的半位元組款并行DDR接口，可以提供的總帶寬為1 Gbps。 而且，在100和10 Mbps模式下，TEMAC均支持MII接口。 MII接口是4-bit寬，在100MBps模式下其工作速率為25 MHz。 在10MBps模式下，MII接口的工作速率為2.5MHz。
由于Virtex4中嵌入了Ethernet MAC硬核，同時(shí)，F(xiàn)X系列還嵌入了PowerPC，這樣，就可以用PowerPC控制Ethernet MAC實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)的通信。
2 VxWorks下BSP的移植
VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，它采用微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)，具有支持多種處理器，豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，良好的兼容性和裁減性等特點(diǎn)，同時(shí)具有程序動(dòng)態(tài)鏈接和下載的功能。自從80年代問世以來，以其不斷推出的升級(jí)版本，高性能內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域逐漸占據(jù)一席之地，尤其以成功應(yīng)用于火星探測(cè)車和愛國(guó)者導(dǎo)彈等高科技產(chǎn)品而聲名鵲起。VxWorks的板級(jí)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發(fā)包，它主要功能是為屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)，具體功能包括：
1)單板硬件初始化，主要是CPU的初始化，為整個(gè)軟件系統(tǒng)提供底層硬件支持；
2)為操作系統(tǒng)提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)中斷服務(wù)程序；
3)定制操作系統(tǒng)的功能，為軟件系統(tǒng)提供一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境；
4)初始化操作系統(tǒng)，為操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行做好準(zhǔn)備。
而在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，BSP的開發(fā)是一項(xiàng)非常復(fù)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發(fā)者的工作。EDK中的BSP生成器(BSPgen)可以根據(jù)不同的微處理器、外設(shè)和RTOS組合自動(dòng)產(chǎn)生用戶可裁剪的BSP。它包含了系統(tǒng)所必需的支持軟件，包括Boot代碼、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和RTOS的初始化。利用BSPgen可以把Xilinx器件驅(qū)動(dòng)打包到BSP的子目錄下，并且把Xilinx器件驅(qū)動(dòng)與VxWorks及其Tornado集成開發(fā)環(huán)境無縫集成，充分減少開發(fā)周期。
但是，BSPgen生成的BSP只是一個(gè)固定的BSP模板，并不能正確的反應(yīng)RAM/ROM的存儲(chǔ)器映射，不支持用戶通過BSPgen流程自定義的核/驅(qū)動(dòng)等。因此還需要對(duì)BSPgen產(chǎn)生的BSP進(jìn)行修改裁剪。
對(duì)于BSP開發(fā)人員來講，借助EDK的BSPgen，還必要做以下幾項(xiàng)工作：
1)修改config.h 和Makefile中的RAM，ROM地址及串口速率
2)修改sysSerial.c，對(duì)串口進(jìn)行正確的設(shè)置
3)增加不能與VxWorks無縫集成的器件的驅(qū)動(dòng)文件
4)配置sysNet.c中的以太網(wǎng)參數(shù)，設(shè)置MAC地址
5)根據(jù)EDK中的配置，禁止或使能Cache
6)修改sysLib.c，以顯示正確的信息
7)設(shè)置主機(jī)IP地址
經(jīng)過以上修改之后，將新的BSP放在Tornado的安裝目錄Tornado_roottargetconfig下，根據(jù)這個(gè)BSP，在Tornado集成環(huán)境下生成一個(gè)新的VxWorks工程，然后就可以進(jìn)行一般的嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)了。
EDK中RAM和ROM的地址映射如下表所示：
表一 RAM/ROM地址映射
根據(jù)表一修改 makefile 和config.h里的地址。sysNet.c 中通過以下語(yǔ)句定義了網(wǎng)絡(luò)的MAC地址，必須根據(jù)真實(shí)的MAC地址進(jìn)行修改，如本文的MAC地址：00：0A:35：01：88：25
static char XEmacMacAddr0[6] = { 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x2, 0x1 }; //修改前
static char XEmacMacAddr0[6] = { 0x00, 0x0A, 0x35, 0x01, 0x88, 0x25 }; //修改后
sysSerial.c對(duì)串口進(jìn)行初始化，因經(jīng)要正確的指定串口ID，sysLib.c中可以顯示vxWorks鏡像的信息，因此也要進(jìn)行相應(yīng)的修改。
通過對(duì)EDK下生成的BSP的修改，并在Tornado集成環(huán)境下生成正確的VxWorks鏡像后，可以將其下載到FPGA中。觀察串口的輸出是否正確，可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試工作，以確定BSP的移植是正確的。