无线高密接入网络的设计与实现(基于fpga的以太网接口设计与实现)

        本文以DSP芯片C6455为应用平台,介绍了一种自适应的光纤和网络接口通信设计方法。系统具有两个光纤和网络接口,可以自动识别所插入的设备,在不断电情况下可以任意交换接口,无须用户参与。文中详细介绍了该系统的软硬件设计方法。

  引言

  遵循IEEE802.3标准的网络通信已经应用到较广泛的场合。其具有连接方便、即插即用的特点。网线物理结构一般使用五类或者六类屏蔽双绞线,在由金属制作的物体上传递信号,存在线缆衰减、串扰,受环境影响较大。在高速千兆长距离传输速度下,网络传输的误码率增加,传输性能下降较快,所以基于网线的传输距离一般不大于100 m。为了实现长距离通信,使用光作为传输媒介的光纤通信得到应用和发展。光纤通信可以长距离进行,光信号衰减小,抗串扰能力强。在使用10 μm的单模光纤时,传输距离高达5 000 m,满足大部分应用场合。

  DSP(数字信号处理器)具有较高的工作频率,其内部集成硬件网络MAC接口,外接一个物理层芯片就可以方便地实现千兆网络通信。可以通过硬件或者软件配置方法实现千兆网络和光纤接口的在线切换。本文介绍一种基于高速数字信号处理器TMS320C6455的嵌入式千兆网接口设计,并通过软硬件自适应配置网络或光纤接口。

  1 C6455及其结构

  C6455是TI公司功能较强的定点DSP之一,其最高工作频率达到1.25 GHz,单个指令周期可以运行8条32位指令。全速运行可以提供9 600 MIPS定点计算能力。C6455的内部结构如图1所示。

无线高密接入网络的设计与实现(基于fpga的以太网接口设计与实现)

  C6455具有32 KB的一级数据Cache(L1D)、32 KB的一级程序Cache(L1P)以及较大容量的2 MB的2级存储空间,芯片片内有一个32 KB的ROM。C6455具有DDR2控制器接口,可以外接DDR2,直接寻址范围达到512 MB。C6455的片内外设有RapidIO、PCI、EMIF、千兆网口以及SPI、I2C总线、GPIO等接口。这些接口通过片内的高速互联总线和CPU处理器交互数据。千兆网口片内集成MlAC层芯片,该MAC层芯片具有EMAC模块和MDIO模块。所以,C6455用于网络通信,只需要外接一个物理层芯片就可以了。其中的MDIO模块用于和物理层芯片建立连接,如果出现接口切换、掉电等情况,都可以通过MDIO接口获得相应信息。EMAC模块用于数据的收发,C6455片内集成8个8K的收发缓冲区。使用TI公司免费提供的NDK(Net Development Kit)软件,可以很方便地建立网络通信。

  2 88E1111及其结构

  能够和C6455连接的物理层芯片很多,基本上大部分公司的物理层芯片都可以和C6455连接,但不同公司的芯片需要改变NDK软件中的部分寄存器设置。本文使用Marvell公司的88E1111物理层芯片进行光纤和千兆网络的连接。88E1111的片内结构如图2所示。

无线高密接入网络的设计与实现(基于fpga的以太网接口设计与实现)

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