基于硬件协议栈芯片的高速以太网接口设计
一种可靠的百兆以太网接口设计与实现
２ 接 口硬 件 设 计
本 接 口 电路 的 中 央 控 制 器 为 Ｘ ｌ ｘ公 司 的 ｉｎ ｉ
Ｆ Ｇ Ｘ ３４ ０ ， Ｐ Ａ（ Ｃ Ｓ ０ ） 以太 网控 制器 采用 Ｗｉ ｅ 公 司 ｚ ｔ ｎ
传 统 的总线 技术 ， Ｒ ２ ２及 Ｒ ４ ５等 已经无 法 如 Ｓ３ Ｓ８
满 足需 要 。 以太 网通 信 具 有 传输 距 离 长 和 速 度 高 的优点 ， 且 目前 的 以太 网 控制 器 大 多 集 成 并 了以太 网硬 件 协议 栈 ， 得 以太 网通 讯 的开 发 和 使 实 现变 得越 来 越 简 单 ， 此在 遥 测 设 备 中得 到 越 因
地址模 式 寻址 方 式 简 单 ， 占用 的存 储 器 空 间 较 但 大 （ ｘ ０ 节 ） 间接 地址 模 式 寻址 方式 复 杂 ， ０４ ０字 ， 但
收 稿 日期 ：Ｏ １１ －６ 修 改 稿 ） ２ ｌ ・１２ （ 基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 重 点 项 目 “ 型 机 械 电 子 系统 国 微
Ｗ５ ０ ３ ０的数 据 总线 支 持 １ ６位 和 ８位 两种 方
式 ， 接 口对 数据传 输 速度 的要求 较高 ， 本 因此采 用
１ ６位数 据 总 线 模 式 （ ＢＴ ６ Ｎ置 高 ） 地 址 总 位 Ｉ１ Ｅ ；
线支 持直 接地 址 模 式 和 间 接 地址 模 式 两 种 ， 接 直
太
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ＸＴＬＮ ／ ＣＳ
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高速SPI以太网控制芯片-W5200
高速SPI以太网控制芯片-W5200引言：您是否尝试过用硬件来实现TCP/IP协议栈功能？现在WIZnet公司的全硬件TCP/IP 协议栈芯片就可以轻松地实现这一功能并为您的系统带来更大的稳定性和高速的表现。
W5200的SPI总线是特制的高速总线，而且支持休眠模式，有32K的发送和接收缓存，有多达8个套接字供用户使用，尤其是它48个引脚的小巧封装赢得了客户的青睐。
接下来就随我一起来走近它。
（W5200芯片封装图）W5200是支持硬件TCP/IP协议的以太网控制芯片，支持SPI总线接口的网络连接。
通过使用SPI接口，对于引脚间距离量的降低可以使小型的嵌入式系统得到轻松地实现。
对于支持硬件TCP/IP协议的W5200芯片通过多年在相关适当领域的应用，其可用性已经被证明，同时提供了很多相关的网络协议，例如TCP，UDP，IPV4，ICMP，ARP，IGMP，PPPoE等等。
W5200芯片不但内嵌有以太网物理层，还有MAC子层，为顺畅的网络连接提供各种必需的解决方案。
同时，在能源相关领域，W5200提供有休眠模式，最大程度的降低能源消耗。
特性：支持硬件TCP/IP协议：TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,ARP,PPPoE,以太网等。
支持高速SPI总线（SPI Mode 0,3）支持八个独立的套接字同时连接支持休眠模式支持网络唤醒内嵌10、1000Mbps以太网物理层支持自动应答（全双工/半双工模式）支持自动极型变换支持ADSL连接（支持PPPoE协议，带PAR/CHAP验证）内部32K字节存储器做TX/RX缓存3.3伏工作电压，I/O口可承受5V电压无铅封装多种指示灯信号输出（全双工/半双工模式连接）。
高速列车空气动力学试验以太网接口设计
林 彬 陈春 俊 （ 西南交通大学机械 学院， ｉ 四Ｊ １成都 ６０ ３ ） １０ １
摘 要
针 对 高速 列 车 上 空 气动 力 学试 验 布 线 复 杂 ， 易受 干 扰等 问题 ， 出 了分 布 式 以 太 网检 测 系统 ， 设 计 了一 个嵌 入 式 以 太 提 并
１ 系统 总 体 设 计
２ 硬 件 接 口 设计
独 立 以 太 网控 制 器 Ｅ Ｃ ８６ 内部 集 成 ｌ Ｍ Ｎ ２ Ｊ０ ｒ ＡＣ 和 １ Ｏ Ｂ Ｓ — Ｈ 具 有 ８ Ｂ的 双 端 口 Ｓ ＡＭ 发 送／ 收 缓 冲 器 和 Ａ Ｅ Ｔ Ｐ Ｙ， Ｋ Ｒ 接 １ Ｍｂ ｓ的 Ｓ Ｉ 口 ， 微 控 制 器 通 过 Ｓ Ｉ 口 就 可 以 实 现 与 ０ ／ Ｐ接 Ｐ接 Ｅ Ｃ ８６ Ｎ ２ Ｊ ０的 以太 网 通 信 ｒ。 本 文 采 用 Ｓ Ｍ３ ¨ Ｔ ２芯 片 的 Ｓ Ｉ 与 Ｐ２ Ｅ ２ Ｊ ０进 行 全 双 工 模 式 的 连 接 。Ｓ Ｍ３ ＮＣ ８ ６ Ｔ ２的 Ｓ ｌ Ｐ？没置 为 主
基于W5100的以太网通信系统设计
用非接触技术设计的微型嵌入式非接触式ＩＣ卡 （Ｍｉｆａｒｅ卡）。超瘴外形，体积小巧，自带天线，能 很方便地嵌入到各种电控设备中。支持Ｍｉｆａｒｅｌ ￥５０、Ｓ７０、Ｍｉｆａｒｅ Ｌｉｇｈｔ，Ｍｉｆａｒｅ Ｐｒｏ和Ｍｉｆａｒｅ ＵｌｔｒａＬｉｇｈｔ卡；支持自动检测卡功能，当检测到卡 时，可输出中断信号和输出串口数据；通信协议支 持ＲＳ４８５总线联网，支持６个ＩＯ口输出，可自动 驱动ＬＥＤ闪烁和蜂鸣器断续发声；内嵌ＭＦ ＲＣ５００ 或ＭＦ ＲＣ５３ｌ射频基站，用户不必关心射频基站 复杂的控制方法，只需要简单地通过选定的ＵＡＲＴ 接口发送命令就可以对卡片进行完全的操作。 ２．２系统接口电路设计
ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ａｎｄ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｎｏｃｕｌａｒ ｖｉｓｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ Ｗａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｏｆ
ｏｎｅ．ｔｏ．ｍａｎｙ，ｔｈａｔ ｉｓ，ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｍａｇｅ ｏｎ ａｐｉｘｅｌ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｐａｃｅ ｉｎ ａｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ．Ｉｔ Ｗａｓ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＯｐｅｎＣＶ ｏｆ ｍｏｎｏｃｕｌａｒ ｃａｍｅｒａ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｇｏａｌ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｓｅｔ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｙ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｍａｇｅ，ｃａｍｅｒａ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ
基于硬件协议栈的以太网远程数据传输系统
靛 性和可靠性也稍差。 １ Ｗ５ １ ０ ０芯 片 介 绍
ｗ５ １ Ｏ Ｏ是 韩 国 Ｗ ｉ ｚ ｎ ｅ ｔ 公 司 生 产 的 一 款 多 功 能 的单 片 网 络 接 口芯 片 ， 内部 集 成 有 １ Ｏ ／ １ Ｏ Ｏ Ｍ 以 太 网控 制 器 ， 且 经 过 多 年 实 际 项 目应 用 验 证 的硬 件 ＴＣＰ ／ Ｉ Ｐ协 议 栈 ， 提 供 全 双 工 以太 网 解 决 方 案 。 与 该 公 司 之 前 的 产 品 Ｗ３ １ ０ ０相
比， ｗ５ １ ０ ０内 部 集 成 了 物 理 层 ＲＴＬ ８ ２ ０ １ Ｃ Ｐ核 ， 它 是 一 款
测、 建筑能耗信息监测 等多个 领域 共 同关注 的问题 ， 尤 其
是 针 对 远 程 数 据 传 输 问题 。受 传 输 距 离 的 限 制 ， 传 统 的现
场 总 线 通 信 方 式 只 适 合 于 近 距 离 的 数 据 传 输ｎ ； 而 基 于 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ技 术 的 数 据 传 输 系 统 虽 然 可 以不 受 距 离 的 限 制 ， 但 其 按 照 流 量 进 行 收 费 ］ ， 对 于 大 量 数 据 连 续 传 输 而 言 资 费
Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｑｕ ｎ， Ｚ ｈ ａ ｏ Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｌ ｉ ａ源自ｎ ｇ Ｒｕ ｏ ｂ ｉ ｎ ｇ
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，EtherCAT （Ethernet for Control Automation Technology）通信协议因其高带宽、低延迟和易扩展的特性，在嵌入式系统中得到了广泛应用。
本文将详细介绍面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈的设计与实现过程，通过对其体系结构和功能的全面描述，旨在为相关开发人员提供一定的参考。
二、EtherCAT协议概述EtherCAT是一种实时以太网通信协议，其核心思想是将实时控制任务的数据传输与标准以太网进行无缝集成。
EtherCAT协议通过分布式时钟和状态机机制，实现了对数据的高效、实时传输。
在嵌入式系统中，EtherCAT协议的应用能够显著提高系统的响应速度和数据处理能力。
三、ZYNQ嵌入式平台简介ZYNQ嵌入式平台是一款基于Xilinx FPGA和ARM Cortex-A9处理器的嵌入式系统。
其具有高性能、低功耗的特点，广泛应用于工业控制、医疗设备、智能交通等领域。
在ZYNQ平台上实现EtherCAT协议，能够更好地满足实时性、稳定性和可扩展性的需求。
四、EtherCAT通信协议栈设计1. 整体架构设计EtherCAT通信协议栈的设计包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
其中，物理层负责与硬件设备进行数据传输；数据链路层负责帧的封装与解析；网络层负责数据的路由与转发；应用层则提供丰富的接口供上层应用使用。
2. 详细设计（1）物理层设计：物理层采用标准的以太网物理层芯片，通过MII/GMII接口与ZYNQ平台进行连接。
（2）数据链路层设计：数据链路层负责将上层数据封装成EtherCAT帧，并实现帧的发送与接收。
此外，还需要实现分布式时钟同步机制，以保证数据的实时性。
（3）网络层设计：网络层主要负责数据的路由与转发。
在EtherCAT协议中，网络层需要实现SDO（Service Data Object）访问和PDO（Process Data Object）通信等功能。
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，EtherCAT （Ethernet for Control Automation Technology）通信协议以其高速、实时、高效率的特性，在嵌入式系统领域得到了广泛应用。
ZYNQ嵌入式平台作为一款高性能、低功耗的SoC（System on a Chip）芯片，为EtherCAT通信协议的实现提供了理想的硬件基础。
本文将详细介绍面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈的设计与实现。
二、EtherCAT通信协议概述EtherCAT是一种基于以太网的实时通信协议，主要用于工业自动化控制领域。
它通过优化数据传输和同步机制，实现了高速、实时、高效率的通信。
EtherCAT协议栈包括物理层、数据链路层、网络层和应用层等多个层次，其中物理层和数据链路层由硬件实现，应用层则由软件实现。
三、ZYNQ嵌入式平台简介ZYNQ嵌入式平台是一款基于Xilinx FPGA和ARM Cortex-A9处理器的SoC芯片，具有高性能、低功耗、可扩展等优点。
其硬件架构包括可编程逻辑（FPGA）和处理器系统（PS），为EtherCAT通信协议的实现提供了良好的硬件基础。
四、EtherCAT通信协议栈设计在ZYNQ嵌入式平台上实现EtherCAT通信协议栈，需要从硬件和软件两个方面进行设计。
1. 硬件设计：（1）选择合适的以太网控制器芯片，与ZYNQ嵌入式平台的处理器系统（PS）进行连接，实现物理层和数据链路层的通信。
（2）设计可编程逻辑（FPGA）电路，实现EtherCAT协议的编码和解码功能。
2. 软件设计：（1）设计应用层软件，实现EtherCAT协议的报文处理、数据传输和同步等功能。
（2）设计驱动程序，与硬件进行交互，实现数据的收发和通信功能的控制。
五、EtherCAT通信协议栈实现在实现EtherCAT通信协议栈时，需要遵循以下步骤：1. 配置以太网控制器芯片的参数，如IP地址、子网掩码等，建立与ZYNQ嵌入式平台的连接。
基于单片机的串口转以太网设计
基于单片机的串口转以太网设计摘要：随着计算机通信技术和网络技术的发展,在嵌入式系统中集成以太网口实现与其它计算机设备之间的高速数据传输就显得尤为重要。
本文结合以太网接口芯片W5500的主要特点、芯片引脚定义、内部寄存器使用说明，设计了一款基于STM32芯片与W5500高速以太网控制芯片的嵌入式以太网系统，充分发挥了STM32 芯片的Cortex-M3 内核低成本低功耗的特性，同时该设计直接使用W5500固化的TCP/IP协议站，提高了系统的性能。
关键词：以太网以太网接口W5500芯片随着嵌入式系统与网络的密切关系和TCP-IP网络的迅速普及，TCP-IP网络在工业领域具有良好的应用前景。
与过去工业领域广泛使用的串行传输相比，TCP/IP连接器网络具有更宽的带宽、更快的传输速度、更远的传输距离和更广泛的通信服务等特点[1]。
由于TCP和IP通信环境的多样性，很难根据其基本IP环境自动纠正数据传输错误。
由于串行通信的传输方式容易受到普通模式的干扰，因此抗干扰能力差，传输容易出错。
在实际应用中，如果不超过最大传输长度，串行端口的最大传输速度为115200比特/秒[2]。
本文设计的以太网系统允许设备使用串口进行数据传输访问网络，包括串口通信、内置微控制器驱动程序、协议移植和服务器构建。
1系统硬件设计本系统设计采用STM32F103C8T6微控制器和W5500芯片搭建的网络系统，串口转网络硬件系统主要包括微处理器模块、以太网控模块、电源模块、电平转换、网口设计等。
其中，以太网芯片W5500与微控制器芯片STM32F103C8T6之间采用SPI接口，电源电路包含了微控制器芯片STM32F103C8T6所引出的两个串口。
2系统软件设计系统软件设计包含串口相关配置、TCP通信的实现、UDP通信的实现等。
由于W5500强化了协议，所以需要设计与套接字的接口。
这不仅简化了设计过程，还降低了微控制器的处理能力和系统资源的使用。
基于W5300的以太网和串口数据相互转换系统设计
Ｐ Ｃ Ｂ图，在调试开发环境Ｋ ｅ ｉ ｌ ｕ Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ２ 下使用Ｃ 语
言进 行软 件编 程 。
１ 系统 的硬 件设计
为 了 能 够 高 速 的 进 行 串 口和 以太 网数 据 的实 时 转 换 ，使 用 了 高 速 处 理 器 单 片 机 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ １ ２ ０ 作
ｌ
訇 似
基 于Ｗ５ ３ ０ ０ 的 以太 网和 串 口数据相 互转换 系统 设计
Ｔｈｅ ｄｅｓｉ ｇｎ ｏｆ ｄａｔ ａ ｍ ｕｔ ｕａＩ ｃｏｎｖ ｅｒ ｓｉ ｏｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅｍ ｂｅｔ ｗ ｅｅｎ ｓ ｅｒ ｉ ａｌ ｐｏｒ ｔ ａｎ ｄ ｅｔ ｈｅｒ ｎｅｔ ｂａ ｓｅｄ ｏｎ Ｗ ５３００
能高 达 １ ０ ０ ＭＩ Ｐ Ｓ 。使 用ＭＡＸ３ ２ ３ ２ 芯 片 接 收 和发 送
收，设计了具体的硬件电路，使用Ｃ 语言完成了单片机的程序设计。由于Ｗ５ ３ ０ ０ 内部集成了 Ｔ Ｏ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 协议 ，所以单片机不需要编 写复 杂的Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 协议栈。此转换系统能够实现传统设备接 人 以太 网 ，达到了远程监控的 目的。实验结果表明 ， 该转 换系统很好的实现了串口数据和以太 网数据的相互转换，具有简单可靠、传输效率高、稳定性高、成本低等特点，有一定的实用性 和推广价值 。 关键词 ：以太网 ； Ｔ Ｏ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 协 议 ；Ｗ５ ３ ０ ０ ；串口；０ ８ ０ ５ １ Ｆ １ ２ ０
为核 心 处 理 芯 片 ， 其 主 频 最 高 达 到 Ｉ Ｏ Ｏ ＭＨｚ ，性
传 统 的 以 太 网 传 输 ， 经 常 使 用 ＣＰ Ｕ连 接
W5100在单片机实现以太网通信中的应用
硬件接口结构框图。通过片选信号/CS 选中 （RTR）、重试次数寄存器 （RCR）、接收数据
W5100 芯片，通过直接总线模式，读 （/WR）、 缓冲区大小寄存器 （RMSR）、发送数据缓冲
图 1 W5100 功能框图
写 （/RD） 信号和数据 （DATA）、地址 （AD－ 区大小寄存器 （TMSR） 以及套接字寄存器控
STC89C52 单片机 （MCU） 和 W5100 相结合的 接。由此可见，该模式下硬件电路的设计相对 制寄存器平均分为 4 部分，对 （下转 15 页）
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科技论坛
时隙被浪费掉。
3.1 当多个标签进入阅读器范围的时候，阅 立连接，完成数据通信，但若此时信道状态为忙
2.4 动态帧时隙算法
读器首先发言，向所有标签发送唤醒命令，标签 碌，标签将再次进入随机延时状态。
力系统的测量监控、音视频传输、远程信息传
输等领域。
嵌入式网络控制系统，应用程序由 MCU 来执 简单，形式类似于 MCU 芯片外扩 RAM，只是
1 硬件设计
行 ， 而 网 络 协 议 的 处 理 与 数 据 的 传 输 则 由 增加了中断控制线。
W5100 是韩国 WIZnet 公司生产的以太网 W5100 来实现。在进行系统设计时不必考虑
环中的帧的时隙个数 N，一个帧内的时隙的数 读器范围内），则阅读器与此标签建立连接，完 的实现[J].单片机与嵌入式系统应用，2006（5）：
目 N 能随阅读区域中的标签的数目而动态改 成一次信息传送，成功传送信息后，阅读器发送 33-35.
变，或通过增加时隙数以减少帧中的冲突数目， 灭活指令，使该标签进入休眠状态；如果发生冲 [2]陈香，张思东，薛小平.防碰撞技术研究[J].应
基于TCP／IP硬件协议栈的智能仪器网络接口设计
第 ２ 卷 第 ２ 期 ７ ３
Ｖｏ ． ７ １２ Ｎ Ｏ ２３ ．
计 算 机 工 程 与 设 计
Ｃｏ ｕｅ ｇｎ ｅ ｉｇ ａ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｍｐ ｔｒ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｓｇ
２０ 年 ｌ 月 ０６ ２
Ｄ ｅ ．２ ０６ ｃ ０
ｓ ｃ ｓｂ ｓｎ ３ ０ ｉ ｄｓｕ ｓ ｄ ａ ｄａｆａｉｌ ｅ ｉｎ ｏ ｏ ｔ ｅ ｅｄ ｔ ｆｉｓｒ ｍｅ ｔ ｔｒｕ ｈＩｔｒ ｅ ｌ ｅｃｉｅ ． ｔ ｋ ｙｕ ｉｇＷ ０ Ａ ｉｃ ｓｅ ， ｎ ｅ ｓｂｅｄ ｓ ｆ ｗ ｇ ｔｈ ａａｏ ｔ ａ １ ｓ ｇ ｈ ｏ ｔ ｎ ｕ ｎｓ ｈ ｏ ｇ ｅｎ ｔ ｓａｓ ｄ ｓｒ ｄ ｎ ｉ ｏ ｂ Ｋｅ ｒ ｓ ｍｉｒｃ ｎ ｏｌｒ ＴＣＰＩ ｒｔｃ ｌ ｔｃ ｓ ｎ ｔ ｒ ｔｒａ ｅ Ｗ ３１ ０ ｙｗｏ ｄ ： ｃｏ ｏ ｔ ｌ ； ｒ ｅ ／ ｐ ｏｏ ｏ ａ ｋ ； ｅｗｏ ｋｉ ｅｆ ｃ ； Ｐ ｓ ｎ Ａ； ｅ ｅ ｄ ｄｓ ｓｅ ０ ｍｂ ｄ ｅ ｙ ｔｍ； ｉｓｒｍｅ ｔ ｎ ｔｕ ｎ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｅｗｏ ｋｉ ｔｒａ ｅｆ ｒｉ ｔｌ ｇ ｎ ｓｒ ｍ ｅ ｔ ｓ ｆ ｔ ｒ ｅ ｆ ｃ ｏ ｅｌ ｅ ｔ ｎ ｔｕ ｎ ｓ ｇ ｎ ｎ ｎ ｉ ｉ
ｂ ｓｄｏ ａ ｅ ｎ ＴＣＰ Ｉ ａ ｄ ｒ ｔｃ ／Ｐ ｈ ｒ ｗａ ｅｓａ ｋ
ＨＵＡＮＧ ａ ， ＨＯＵ ｉｆｎ ， ＨＡＯ ｉｇ ＸＵ ｉｌｎ ， ＷＡＮＧ ｏ ｇ ｙ Ｌ ｎ Ｒｅ ｅ ｇ Ｊｎ ， Ｚｈ —ｏ ｇ Ｚｈ ｎ — ｉ
Ｃ ， 有 与 ８ ５ 兼 容 的 微 控 制 器 内核 Ｃ Ｐ５ ， ＭＣ －１ 令全兼容 ，除了具有 标准 ８５ 的数字外设部件外 ，片内还 ０１ 集成 了数 据采集和 控制系统 中常用 的模拟部件和其 它数字外
基于STM32F107的高速以太网接口设计与应用
（ ａｂｎ Ｕ ｉ ｒｉ ｆＳ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｈ ｒ ｉ ｎｖ ｓ ｙ ｏ ｃ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｈ ｒ ｉ １ ０ ８ ，Ｃ ｉａ ｅ ｔ ｅ ａｂｎ ５ ０ ０ ｈｎ ）
太 网接 口是 以太 网 中各 节点 的通信基 础 ， 于 Ｔ ＰＩ 处 Ｃ／ Ｐ 协 议 栈 的数 据 链 路 层 ， 信 息 传递 和 管 理 的重 要 环 是
节 意 法半 导体 公 司生 产 的 Ｓ Ｍ ２ １７ 成 以太 １ 。 Ｔ ３ Ｆ０ 集 网模 块 ， 持 以太 网数 据 的收发 ， 国国家半 导体 生 支 美
２ 系统 的硬件设计
２１ 系统原理及技术特点 ．
基 于 Ａ Ｍ Ｃ ｒ ｘ Ｍ３ 的 Ｓ Ｍ ２ １７ 主 控 芯 Ｒ ｏｔ — 核 ｅ Ｔ ３Ｆ ０ 做
片 ， 高 工作 频 率 为 ７ ｚ 内置 高速存 储 器 ， 有 最 ２ＭＨ ， 具
丰 富 的增强 Ｉ ／ 口和外设 资 源 ： 内部 虽然 包含 了 Ｏ端 其
【 ｙ ｗ ｒ ｓ Ｔ ２ １７ Ｐ ３４ ；Ｅｈｒｅ；Ｉ Ｒ；Ｔ Ｐ Ｄ Ｋｅ ｏ ｄ 】Ｓ Ｍ３ Ｆ ０ ；Ｄ ８ ８ ８ ｔｅｎ ｔ Ａ Ｃ ；Ｕ Ｐ
１ 引言
随着多媒 体技 术 的不 断发展 ， 广播节 目越来 越丰 富 ， 播 通信 系 统 的 工作 状 态 及 信号 质 量 的 实 时监 广 测 也 越 来 越 重要 。利用 以太 网接 口实 现 监测 数 据 】 快 速 、 程地 传输 不失 为一 种很 好 的解决 方 法 以 远 。
基于FPGA的高速以太网接口设计和实现共3篇
基于FPGA的高速以太网接口设计和实现共3篇基于FPGA的高速以太网接口设计和实现1以太网是广泛使用的局域网（LAN）标准，其速度和带宽都非常高，不断发展和改进以满足用户需求。
在现代数据中心和云计算环境中，以太网已变得更加重要，因为它可以提供高速、低延迟和灵活性，使得多个系统之间的通信更加容易和高效。
为了满足这些需求，FPGA成为了一种重要的硬件平台，通过实现高速以太网接口，提供灵活的网络连接。
FPGA是一种可编程的硬件平台，集成了大量的可编程逻辑单元和DSP 资源，可以快速实现各种电路和系统。
基于FPGA的高速以太网接口设计具有以下优点：1. 速度高：基于FPGA的以太网接口可以支持高达40Gbps的数据传输速度，远远快于传统的以太网接口。
2. 低延迟：FPGA内部的可编程逻辑单元可以实现更快的数据处理，并且可以在硬件层面提供更快的响应时间，从而降低网络延迟。
3. 灵活性：FPGA具有可编程性和可重构性，可以根据需要进行实时调整和修改。
此外，FPGA可以通过工具链进行设计和优化，可适应各种硬件需求。
基于FPGA的高速以太网接口设计和实现需要经过以下步骤：1. 设计FPGA电路：使用Verilog或VHDL等硬件描述语言实现电路设计和仿真。
2. 选取以太网MAC：选择适合特定应用场景的以太网MAC，例如10G、25G、40G等。
3. 实现FPGA电路：在FPGA开发板中实现电路设计，FPGA的GPIO口可以与物理层器件、MAC等进行连接，形成完整的以太网接口。
4. 调试和测试：通过网络测试，验证以太网接口的工作状态和性能指标是否达标。
FPGA的以太网接口可以应用于许多领域，例如数据中心、高性能计算、视频监控等，提供高速、可靠的连接。
随着云计算和物联网的迅猛发展，基于FPGA的高速以太网接口设计将变得越来越重要，这将在未来的发展中起到至关重要的作用。
基于FPGA的高速以太网接口设计和实现2以太网是一种最常见的局域网（LAN）技术，它通过使用协议和设备实现计算机和其他设备之间的数据通信。
STM32F103的高速以太网接口设计
准备知识
STM32F103单片机是一款由STMicroelectronics公司生产的32位Flash存储 器单片机。它采用了ARM Cortex-M3内核，具有高性能、低功耗、易于开发等优 点。以太网接口是单片机的一个重要外设，它遵循IEEE 802.3标准，通过双绞线 进行数据传输，传输速率可达100Mbps或1Gbps。
（3）设置网络中断处理函数和数据接收/发送缓冲区。
2、电路设计
以太网接口电路主要包括RJ45连接器、滤波器、去耦电容等元件。电路设计 时应考虑以下因素：
（1）选择合适的PHY芯片，如LAN8720A、RTL8201等；
（2）根据电路板材质和尺寸，合理布置元件；
（3）确保电源稳定，采用去耦电容降低电源噪声；
2、电路设计及PCB布线在电路设计阶段，需要选择合适的PHY芯片和网络芯 片，并根据电路板材质和尺寸合理布置元件。在PCB布线阶段，需要遵循本次演 示所述的原则，对网线、电源线和信号线进行合理分层和处理。特别地，对于关 键信号线应进行屏蔽处理以降低干扰。此外，还需合理设计电源和地线以提供稳 定的电源环境。
常用芯片
1、以太网PHY芯片
以太网PHY芯片负责将MAC控制器输出的信号转换为可以在双绞线上传输的信 号，同时将来自双绞线的信号转换为MAC控制器可以处理的信号。常用的PHY芯片 包括LAN8720A、RTL8201等。
2、网络芯片
网络芯片通常包括MAC控制器和PHY接口，以及一些辅助功能，如MII（Media Independent Interface）或RMII（Reduced Media Independent Interface） 接口、中断控制器等。常用的网络芯片包括LAN9118等。
感谢观看
嵌入式设备以太网接口的设计研究
逐渐 成为嵌 入式 设 备 的发 展 趋 势． 根据 嵌 入 式 以 太 网实 现思路 的不 同 ， 有 如下 几种方 案 ： １ ） 使用 自主 编
程的 Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ协议ｌ ＿ 】 ］ ． 利用 Ｆ Ｐ ＧＡ （ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ—
ＴＣ Ｐ ／ Ｉ Ｐ协议 芯 片的方 法使 设备 具 有 直接 网 络接 入 的功 能 ， 该 方法优 点是 电路结 构简单 、 开发 周期 短．
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后 ２种 方案 的处 理 器都 可 选用 单 片机 、 ＡＲＭ、
ｍａ ｂ ｌ ｅ ｇ ａ ｔ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ， 现 场可 编程 门阵列 ） 丰富的 Ｉ Ｐ资
源和 Ｉ Ｐ复用 技术 ， 使 用硬 件 编程语 言设计 ＴＣ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 协议 的硬 件 电路． 该方 法 的优点是 可裁 剪性好 、 专 用
WiFi芯片的高速SDIO接口设计与验证
WiFi芯片的高速SDIO接口设计与验证【摘要】本文主要研究WiFi芯片的高速SDIO接口设计与验证。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。
在首先解释了SDIO接口设计原理，然后详细描述了WiFi芯片的高速SDIO接口设计和验证方法。
接着展示了试验结果，并对性能进行了分析。
在总结了研究成果，展望了未来发展，并探讨了WiFi芯片的高速SDIO接口设计与验证的重要意义。
通过本文的研究，可为WiFi芯片设计与性能优化提供参考，推动WiFi 技术的进步和应用。
【关键词】WiFi芯片、SDIO接口、高速设计、验证方法、试验结果、性能分析、总结、展望、研究背景、研究意义、研究目的、意义。
1. 引言1.1 研究背景WiFi技术的普及与应用已经成为现代社会的日常生活必备。
随着无线网络带宽的不断增加，对WiFi芯片的性能要求也越来越高。
而SDIO接口作为连接WiFi芯片和主控制器的重要通信接口，在实现高速数据传输方面扮演着关键的角色。
由于SDIO接口设计受到物理信号传输、时序控制等多方面因素的影响，如何设计一种高效可靠的SDIO接口成为了当前WiFi芯片设计中的一个难点问题。
在实际应用中，由于SDIO接口传输速率较高，存在数据丢失、时序不一致等问题，导致WiFi模块无法正常工作，严重影响了整个系统的稳定性和性能。
本研究旨在针对WiFi芯片的高速SDIO接口设计进行深入探讨，通过对SDIO接口设计原理和WiFi芯片特性的分析，提出一种可靠性能卓越的高速SDIO接口设计方案，并结合有效验证方法，验证其在实际应用中的性能表现。
通过本研究的实施，旨在为提高WiFi芯片传输速率、提升系统稳定性提供技术支持和指导，并为WiFi技术的发展贡献力量。
1.2 研究意义WiFi芯片的高速SDIO接口设计与验证是当前无线通信领域中一个备受关注的研究方向。
随着物联网的快速发展，对于高速、稳定的无线通信技术需求日益增加。
SDIO（Secure Digital Input/Output）接口在传输速率和功耗方面优势明显，因此成为WiFi芯片的重要接口之一。
基于FPGA的万兆光纤以太网高速传输系统设计
基于FPGA的万兆光纤以太网高速传输系统设计作者：尹虎刘伟李昌杰戚明珠王超徐家齐王鹍来源：《中国新通信》 2018年第4期引言在数据采集领域，单位时间内获取环境感知数据的数据量越来越巨大，对数据传输链路的数据传输效率与速度提出苛刻要求。
本文设计采用纯硬件描述语言实现万兆以太网UDP/IP 协议及ARP 协议，在精简协议簇的基础上，提高以太网UDP/IP 协议栈的数据通信速度，经验证该方案能够速度能到达到800Mbit/s 以上，能够满足高速数据传输的需要。
一、系统基本架构所设计系统的基本架构如图1 所示，采用自顶向下的设计方法划分几大功能模块如下：10GbE MAC 核、PHY 核、MAC 控制模块、发送和接收FIFO 缓冲模块、协议解析模块、ARP 请求和应答模块、协议打包模块。
整个系统的所有功能模块都采用verilog HDL 纯硬件语言编写实现，包括对MAC 核的初始化配置及控制、协议解析及数据打包；该系统还实现了ARP 请求解析和ARP 应答功能，可以实现大规模系统级联，例如水听器监测系统需要进行大数据量采集，这样多个数据采集卡通过交换机与上位机相连，上位机下发ARP 请求，数据采集卡解析识别ARP请求，发送ARP 应答，上位机获得各个采集卡对应的MAC地址和IP 地址，各个采集卡与上位机形成数据链路。
二、主要功能模块设计2.1 MAC 核的寄存器配置模块本设计调用了ALTERA 的10GbE MAC 核[1]、PHY 核[1]，要想让其正常工作必须对MAC 控制寄存器通过Avalon-MM总线进行基本配置。
涉及的主要寄存器配置有：MAC 地址、最大帧长（frame_length）、外部PHY 地址等。
详见10GMAC 核用户手册。
2.2 协议解析模块、ARP 请求解析模块、UDP/IP 数据解析模块SC RX FIFO 是接收缓冲模块，接收MAC 核发送的MAC帧数据，协议解析模块的功能就是对MAC 帧数据进行解析从而判断上位机发来的是ARP 请求还是IP 协议数据包，如果是ARP 请求就进行ARP 协议解析提取上位机的MAC 地址和IP 地址；如果是IP 协议就进行UDP/IP 协议解析提取有用的数据信息。
基于FPGA的以太网-RS422转换器设计
基于FPGA的以太网-RS422转换器设计刘伟;王红亮;张亮红;张美仙【摘要】在遥测系统中,许多采集、存储、测试设备采用RS422作为数据通信接口,为了通过计算机以太网接口分析遥测设备获取的各类参数,设计了一种基于FPGA的以太网接口-RS422接口转换器,介绍其硬件电路设计方案及相关设计细节、具体描述了2种接口和二者相互衔接的逻辑实现流程.利用W5300芯片和DS26C31/32芯片实现以太网接口和RS422接口.通过FPGA编程实现2种接口的速率匹配、格式转换.RS422数据包设计合理高效,其接口速率可达到10 Mb/s.该转换器已成功应用于多个系列的测试系统中,验证了其可靠性.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2015(030)009【总页数】5页(P84-88)【关键词】以太网;W5300;RS422接口【作者】刘伟;王红亮;张亮红;张美仙【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;中航工业太原航空仪表有限公司,太原030006【正文语种】中文【中图分类】TP336网络信息技术的飞速发展，大幅提高了以太网接口在工业控制领域的普及程度。
越来越多的上位机采用了以太网接口，在工业设备中，往往采用RS422总线实现底层设备之间的互联[1]，通过网口实现计算机和设备之间的数据通信充分发挥了RS422接口硬件设计简单、易于控制、方便扩展、以太网接口速率高、运行稳定可靠的优点。
本文主要介绍了利用FPGA控制相关芯片实现以太网转RS422的转换器以及相关的硬件结构和软件设计内容。
1 总体设计该转换器具有以太网和RS422的功能，系统采用硬件协议栈芯片，减少了实现以太网和RS422接口的硬件开销，大大方便了用户开发，节约了时间。
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０ 引 言
信 息技 术 的快速 发展促 进 了网络技 术 的广泛 应
用 。位 于 Ｔ Ｐ Ｉ Ｃ ／Ｐ协议 数 据链 路 层 的 以太 网接 口是
１ 芯 片 介 绍
１ １ ＸＣ Ｘ ０采用 ６ ｍ 铜 Ｃ Ｏ ５ｎ Ｍ Ｓ工 艺技术 ，． １０Ｖ
来发展 的趋势 。采 用 Ｘｌ ｘ公 司的 Ｘ ５ Ｌ ５ ｉｎ ｉ Ｃ Ｖ Ｘ ０型 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ和 硬 件 协 议栈 芯 片 Ｗ５ ０ ３ ０开 发 了一 种 以 太 网接 口， 结构 简单． 、 易于 实现 。给 出了以太 网接 口的硬 件设 计 ， 阐明 了硬 件协议 栈 芯 片初 始化 、 端
网络通 信 的基础 ， 网 络层 和 运 输 层 提 供 服务 。为 为 满 足通 信数 据量 大 、 理 控 制 复 杂 的 网络 化 数 据 采 处
集 和 测 试 系 统 的要 求 ， 设 计 选 用 Ｘ ｌ ｘ公 司 的 该 ｉｎ ｉ Ｘ ５ Ｌ５ Ｃ Ｖ Ｘ ０型 Ｆ Ｇ 作 为 控 制处 理 核 心 ， Ｄ Ｐ相 ＰＡ 与 Ｓ
中 图分类 号 ：Ｐ ９ ． １ Ｔ ３ ３ １
文 献标 志码 ： 文章 编 号 ：０ ０— ６ ２ ２ １ ）４— ０ ７— ３ Ａ １０ ０ ８ （０ ２ ０ ０ ５ ０
ＳＯＮＧ ｅ ， Ｆ Ｆ ｉ ＥＮＧ Ｘｕｚ ｅ ｈ
Ｄｅ ｉ ｎ ｆｔ ａ ｔＥｔ ｒ ｅ ｎ ｅ ｆ ｃ ｓ ｄ ｏ ｒ ｓｇ ｏ ｈｅ ｆ ｓ ｈｅ ｎ ｔｉ ｔ ｒ ａ ｅ ｂａ ｅ ｎ ｈａ ｄｗａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｏ ｔ ｃ ｈｉ ｒ ｒ ｔ ｃ ｌｓａ ｋ ｃ ｐ
ｔ ｎ ｆｒ ａ ｉ ｇ ａ ｄ ｗ ｉ ｎ ｅ ｉ ｅ ｓ ｅ ａ ｏａ ｅ ． Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ａ ｉ ｇ ｏ ｅ ｄ ｎ ｎ ｒｔ ｇ ｒ ｇ ｓ ｒｉ ｌｂ ｒ ｔｄ ｍｉ ｉ ｔ ｈ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｄ ｓ ａ － ｓ ｇ
内核 电压 ， 运用第二 代高级芯 片组合模块 （ Ｓ Ｂ Ｔ Ａ Ｍ Ｌ Ｍ） 列 式架 构 。其工 作 频 率 可 达 ５０ＭＨ ； 有 ６个 强 ５ ｚ具
口初 始化 以及 数据 传输 的软件 实现 ； 并对读 写寄存 器 时序 进 行 了详 细 阐述 。 实验表 明该 设 计 能 够
稳定 的进行 数 据传 输 ， 实现 了 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ和 上位 机之 间的通信 。
关键 词 ： Ｐ Ａ； ３ ０ 以太 网 ； Ｄ Ｆ Ｇ Ｗ５ ０ ； ＵＰ
ｃ ｉｖ ｔｂ ｅ ｄ ｔ ｒ ｎｓ ｓ ｉｎ，ａ ｄ ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ． ｈ ｅ ｅ ｓａ ｌ ａａ ｔａ ｍｉｓｏ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ｈ ｏ ｎ ｃ ｔｏ Ｋｅ ｒ ｓ： ＧＡ； ５ ００； ｈ ｒ ｅ ； ｙ ｗｏ ｄ ＦＰ Ｗ ３ Ｅｔ ｅ ｎ ｔ ＵＤＰ
２１ ０ ２年第 ４期
工业仪表 与 自动化 装置
・５ ７・
基 于硬 件 协 议 栈 芯 片 的 高 速 以太 网接 口设 计
宋 飞， 冯旭 哲
（ 国防科技 大 学 仪 器科 学 与技 术 系， 沙 ４０ ７ ） 长 １０３ 摘要 ： 着现代 数据 采 集 系统和 测试 系统 对信 息传 输速 率 的更 高要 求 ， 随 网络 化数 据传 输 成为 未