基于嵌入式Linux和FPGA的千兆网数据传输的实现02 Memory, 控制器, 嵌入式, Linux, 接口

samwalton

3.3 内存端口的设置
　　MPMC (Multi-Port Memory Controller)是DDR2内存控制器的IP核，它最多可以接八个数据端口，这样的好处是多个设备都可以通过各自的端口共享内存，本论文使用了四个端口：port0和port1都通过plb总线连接在PowerPC上，分别用于传输指令和数据，port2端口采用的是NPI(Native Port Interface)接口，用于接收A/D模块传输过来的用户数据，port3采用SDMA (Soft Direct Memory Access)接口，通过locallink总线和千兆网IP核相连。在对MPMC配置时要根据内存的型号、大小等实际参数来设置。
　　3.4 用户自定义数据接口IP核
　　开发工具虽然提供了一些常用的IP核，但是对于一些特定要求的逻辑，需要用户自己开发。由于从A/D采集板传送过来的数据速度很大，所以本论文在MPMC 的port2上采用NPI接口把A/D模块传过来的数据直接送入DDR2中。需要用硬件描述语言编写基于NPI接口的逻辑，并且还要编写基于PLB总线的IP核来实现对数据传输的控制，例如数据传输开始与停止、握手方式、数据包的大小等等。
　3.5 千兆三态以太网硬核的配置
　　三态以太网TEMAC (Tri-Mode Ethernet Media Access Controller)是嵌在FPGA内部的硬核。本论文通过LocalLink总线使其连在内存控制器MPMC上，采用SDMA方式，使得数据直接从内存到网络接口而不必经过PowerPC的搬运, 这样在很大程度上减轻了CPU的负担，提高了数据传输速度。
　　4 板级支持包的生成
　　4.1板级支持包工具的选择和设置
　　先在http://git.xilinx.com/网站上下载device-tree.git，它是板级支持包(BSP)生成工具。解压后放在EDK安装目录下的EDKswlibbsp，之后点击Software-->
　　Software Platform Settings就可以发现并选择它了，如图5所示。
　　图5 板级支持包工具的选择
　　在device-tree下要把 bootargs的设置成console=ttyUL0，而不是默认的console =ttyS0，否则超级终端将没有输出。这是因为我们在调试时需要RS232串口作为超级终端，用的是XPS UART Lite核，但板级支持包默认的却是UART16500核。
　　4.2 dts(device tree)文件的生成
　　xilinx.dts文件是板级支持包工具device tree生成的，它记录了硬件信息。正是这个文件的存在操作系统才能知道本系统有哪些硬件及其属性。在EDK菜单中选择Software-->generate Libraries and BSP就会生成xilinx.dts文件。
　　5嵌入式Linux的移植
　　5.1安装用于PowerPC的交叉编译链并设置环境变量
　　先下载并安装德国DENX公司提供的开发环境编译套件ELDK4.1，用source 命令设置路径和交叉编译环境变量，再用export ARCH=powerpc命令使其支持PowerPC架构。
　　5.2 准备Linux内核及根文件系统
　　这不是一般的Linux内核，而是专门针对Xilinx FPGA的linux-2.6-xlnx.git。可以到git.xilinx.com网站下载最新版本的Linux内核。在http://xilinx.wikidot.com/网上下载根文件系统镜像压缩文件ramdisk.image.gz，把ramdisk.image.gz拷贝到内核文件夹的arch/powerpc/boot文件夹中。
　　5.3准备 device tree文件
　　需要把把EDK工程中板级支持包工具生成的xilinx.dts复制到嵌入式Linux内核文件夹arch/powerpc/boot/dts中，这样linux才能根据这个文件给硬件设备添加相应的驱动。
　　5.4内核的裁剪与定制
　　用命令make 40x/ virtex4_defconfig载入ML405开发板的内核配置，再用make menuconfig打开内核定制图形界面进行裁剪和定制，使满足自己的特定需求，需要选上TCP/IP协议。如果需要调试就要把串口驱动 xilinx uartlite serial port support选上。这样才能使用RS2323作为超级终端。保存配置后用make zImage命令就可以生成内核镜像文件了。
　　6 测试结果与分析
　　在EDK中选把硬件文件烧录到FPGA中， 把Linux镜像文件下载到内存中运行,这样一个系统就能运行起来了。编写一个基于socket的网络通信程序，把FPGA作为客户端，把PC机作为服务器端，从FPGA不断的向PC发送基于TCP协议的数据包，来测试每次发送的数据包大小和传输速度之间的关系。当发送的数据包大小为30000Byte时，用tcp/ip协议传输的速率是70Mb/s,用udp协议传输的速率是135Mb/s。
　　在一定范围内，每次发送的数据包越大，则网络传输速率就越大。传输的速度即与powerpc、内存、内部总线的频率及位宽有关系，也与操作系统及应用程序有关系。
　　7结束语
　　本文详细的介绍了基于Linux和FPGA的嵌入式千兆网数据传输的实现方法，测试结果表明传输速度能满足设计指标。由于FPGA和linux都具有很大的灵活性,会给将来系统的升级和变更带来很大方便。