[發(fā)明專利]基于Xilinx FPGA和Treck協(xié)議棧的以太通信系統(tǒng)及其通信方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210271243.X
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102761558A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王少軍;劉大同;彭宇;義日貴;龐業(yè)勇;馬寧
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種以太通信系統(tǒng)及其通信方法，屬于通信領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

目前，適用于嵌入式系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧有很多種。其中應(yīng)用最廣泛的是，瑞典計算機(jī)科學(xué)院的一個開源的TCP/IP協(xié)議棧，LwIP（Light?weight?Internet?Protocol，輕型IP協(xié)議）協(xié)議棧。該協(xié)議棧既可以移植到操作系統(tǒng)上，又可以在無操作系統(tǒng)的情況下獨立運(yùn)行。該協(xié)議棧實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM的占用，一般只需要幾十KB的RAM和40KB左右的ROM就可以運(yùn)行，從而適合在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。?

使用LwIP協(xié)議棧時，測試PowerPC（Performance?Optimization?With?Enhanced?RISC–Performance?Computing高性能精簡指令集處理器）處理器構(gòu)成的以太通信系統(tǒng)最高傳輸速率只能達(dá)到70Mbit/s-80Mbit/s，傳輸還常常因為速率不穩(wěn)定而中斷。提高TCP傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定度需要優(yōu)化LwIP協(xié)議棧。如：直接發(fā)送源碼，在接收的時候直接分析處理源碼。但是，該方法工作量非常的大，需要很長的開發(fā)周期，而且還需要開發(fā)人員具有很高的專業(yè)水平。?

LwIP協(xié)議棧還有其它的存在問題。開源軟件，可以輕易獲得，但技術(shù)支持和穩(wěn)定性及可靠性都較差，遇到問題解決困難。應(yīng)用層軟件包不夠豐富，需要開發(fā)人員自行編寫，耗費(fèi)的人力較大。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前基于LwIP協(xié)議棧以太通信系統(tǒng)傳輸速率低且不穩(wěn)定的問題，本發(fā)明提供一種基于Xilinx?FPGA和Treck協(xié)議棧的以太通信系統(tǒng)及其通信方法。?

本發(fā)明的基于Xilinx?FPGA和Treck協(xié)議棧的以太通信系統(tǒng)，它包括DDR2S?DRAM、FPGA、三重模式以太網(wǎng)PHY芯片和計算機(jī)；?

FPGA的多端口存儲器控制器MPMC通過高速接口與DDR2S?DRAM連接，?

FPGA的Hard?Ethernet?MAC通過介質(zhì)無關(guān)接口MII與三重模式以太網(wǎng)PHY芯片相互通信，?

三重模式以太網(wǎng)PHY芯片通過RJ45端口與計算機(jī)連接，?

FPGA通過RS232通用異步串行口與計算機(jī)連接；?

應(yīng)用程序嵌入在FPGA的處理器中；?

所述FPGA的型號為Xilinx公司的XC5VFX130T；?

所述系統(tǒng)還包括Treck協(xié)議棧；?

所述系統(tǒng)實現(xiàn)了TCP/IP五層模型，?

所述TCP/IP五層模型包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)接口包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層；?

數(shù)據(jù)鏈路層用Hard?Ethernet?MAC來實現(xiàn)，?

物理層用以太網(wǎng)PHY芯片三重模式來實現(xiàn)，?

物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的接口為介質(zhì)無關(guān)接口MII，?

應(yīng)用程序調(diào)用Treck協(xié)議棧的Berkeley?Sockets?API函數(shù)實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。?

基于Xilinx?FPGA和Treck協(xié)議棧的以太通信系統(tǒng)，?

所述FPGA包括PPC440處理器、中斷控制器、時鐘控制器、串口控制器、Hard?Ethernet?MAC和多端口存儲器控制器MPMC；?

Hard?Ethernet?MAC通過Local?Link總線與多端口存儲器控制器MPMC的SDMA端口連接，?

多端口存儲器控制器MPMC的PLB端口與PPC440處理器連接，?

PPC440處理器通過PLB總線與多端口存儲器控制器MPMC的SDMA端口、HardEthernet?MAC、中斷控制器、時鐘控制器和串口控制器相互通訊。?

基于上述系統(tǒng)的通信方法，?

Berkeley?Sockets?API函數(shù)以服務(wù)器-客戶端模式建立FPGA和計算機(jī)的TCP連接：?

當(dāng)FPGA作為客戶端，計算機(jī)作為服務(wù)器時，基于所述以太通信系統(tǒng)的通信方法為：?

步驟一：FPGA設(shè)置目標(biāo)主機(jī)IP地址、端口地址和傳輸協(xié)議TCP；?

步驟二：FPGA建立Socket；?

步驟三：Socket綁定到隨機(jī)端口；?

步驟四：FPGA發(fā)出建立連接的請求；?

步驟五：連接成功后，F(xiàn)PGA開始發(fā)送數(shù)據(jù)；?

步驟六：FPGA關(guān)閉Socket并斷開連接。?

基于上述系統(tǒng)的通信方法，?