基于MPSoC的以太网接口设计与实现

摘要 研究了以太网在多核系统中的数据通讯，设计了以太网IP核到MPSoC网络资源的硬件接口。阐述了设计中各模块的实现功能和设计方法，通过仿真和FPGA验证结果表明，以太网接口数据通讯具有实时和高吞吐率。实现了多核系统与网络数据的信息传递，硬件设计结构简单、性能稳定可靠。
关键词 千兆以太网；MPSoC；数据通信

随着电子信息技术发展，网络通信在日常生活中应用越来越广泛，以太网技术经历了10 Mbit·s-1到10 Gbit·s-1的发展历程。当前电子设备网络化、多媒体技术、数字图像处理技术成为研究的热点，片上多核系统(Multi-processor system-on-chip，MPSoC)在复杂数字系统中成为主要的硬件结构方案。这类系统通常用以太网完成数据通信，以太网接口设计与实现是一个关键部分。
数字系统规模不断增大，随着市场激烈竞争，系统开发周期要求也变得苛刻，目前，片上多核系统基于IP核的设计成为了主流趋势。系统性能的提高，片上集成的处理器数量也不断增多，基于网络结构的片上多核系统相比总线结构的设计优势越来越显著。Xilinx公司和Ahera公司开发的FPGA芯片针对不同型号，都提供了许多不同类型和不同功能的IP核。然而，复杂数字系统，采样FPGA实现，在开发难度和成本上占有明显优势。

1 MPSoC系统架构
MPSo采用NoC(Network-on-Chip，NoC)通讯结构，处理器和IP核通过资源接口与网络通讯。系统结构如图1所示，处理器与IP核采用总线通讯方式形成簇结构，簇、以太网模块和DDR模块通过资源接口与网络进行通讯。图中运算簇集成了两个处理器，完成数据运算，转置簇集成一个ARM控制器承担数据的行与列交换，DDR模块为片外存储芯片的控制器，以太网承担着系统的数据通讯模块，主要实现系统的数据传输。

2 以太网接口设计
以太网模块设计主要完成以太网控制器IP核用户端接口协议与多核系统网路通讯协议的转换。以太网接口硬件结构设计如图2所示，以太网控制器IP核为Xilinx公司ISE软件例化生成的千兆网控制器。接收模块完成系统网络数据输出到以太网控制器IP核用户端数据输入的协议转换，发送模块承担以太网控制器用户端数据输出到网路数据输入的协议匹配。网络接口模块为多核系统通讯资源接口。