图中PLL_CLK为W5300A的内部时钟,频率为15OMHz。
四、FPGA程序实现 引脚名称 IN/ OUT 说明 有效状态 位置 OUT IN OUT INOUT IN IN OUT OUT OUT IN OUT IN OUT OUT IN IN OUT OUT IN IN 图中,重置芯片是指:对芯片硬件复位、软件复位;基本配置包括:配置 W5300A的MAC地址、IP地址、子网掩码、网关地址,分配W5300A的存储空间,中断设置等等。中断服务程序主要是读取芯片的中断寄存器,获取中断类型,并复位中断寄存器。值得注意的是,上图所示的流程是查询方式而不是中断方式。启动SOCKET的程序主要是:设置SOCKET端口号,工作模式(TCP服务器端),打开SOCKET、开始侦听等等。 考虑到处理器是FPGA,采用VHDL语言描述图中所示流程。与C语言顺序为执行不同,VHDL基于硬件结构、并发执行。图中用C语言可以很方便地描述出来,但是要在FPGA里面实现,则需要灵活运用状态机以控制其流程,且要尽力避免竞争和险象。限于正文篇幅,源程序在附录中给出。
(1)FPGA网口通信模块的顶层结构如下图所示:
BusDriver是核心模块,驱动外部总线和RX_FIFO的写使能以及TX_FIFO的读使能。RX_FIFO和TX_FIFO是两个16位的先进先出存储器。在FPGA内部,可以通过读取RX_FIFO的数据,写TX_FIFO实现与以太网的数据交换。
(2)接口定义
注:表中第五列“位置”,标示该信号线应连接至FPGA内部信号或者FPGA外部信号。Enet_ADDR
网络芯片总线的地址位
外
Enet_BRDY
外
Enet_CSn
网络芯片总线的片选
低
外
Enet_DATA
网络芯片总线的数据位,16位
外
Enet_INTn
网络芯片总线的中断位
低
外
Enet_L_LINK
网络电气连接位
高
外
Enet_RDn
网络芯片总线的读使能
低
外
Enet_RST
网络芯片硬件复位
高
外
Enet_WRn
网络芯片总线的写使能
低
外
RESET
Bus_fifo模块的初始化,包括总线模块和FIFO
低
内
rxfifo_dout
RX_FIFO的数据输出,16位
内
rxfifo_rd_en
RX_FIFO的读使能,如果在rxfifo_empty_p为1,有可能出现错误。
高
内
rxfifo_empty_p
当RX_FIFO为空时,输出高电位
高
内
rxfifo_valid
在rxfifo_rd_en置1后一个fifo_clk置1,标示RX_FIFO输出数据有效。
高
内
txfifo_din
TX_FIFO的数据输入,16位
内
txfifo_wr_en
TX_FIFO的数据写使能
高
内
txfifo_full
当TX_FIFO满时,输出高电位
高
内
txfifo_valid
TX_FIFO数据输出有效位
高
内
fifo_clk
RX_FIFO的读时钟和TX_FIFO的写时钟,上升沿从FIFO中读取或写入数据。10M
升
内
CLK
bus_driver的时钟,RX_FIFO的写时钟和TX_FIFO的读时钟。100M
升
内
(3)TCP工作模式
PC机与W5300A通信采用TCP协议。对于TCP模式,通信的一方根据IP地址和端口号与对端建立SOCKET连接。再通过指定的SOCKET发送和接收数据。建立SOCKET的连接有两种方式:“TCP服务器”和“TCP客户端”。区别在于谁首先发送连接请求(SYS数据包)。“TCP服务器”等待对端的连接请求,当收到连接请求时建立SOCKET连接(被动打开)。“TCP客户端”主动发出连接请求,与对端建立连接(主动打开)。出于方便考虑,由PC端发起连接,设定PC端为TCP客户端,W5300A为TCP服务端。通信流程如下图所示(ref:90)。
图中的LISTEN、ESTALISHED、CLOSED为对应SOCKET的状态。对W5300A的SOCKET正确地初始化(OPEN)后,SOCKET处于LISTEN状态,对网络进行侦听。当收到客户端发来的连接请求(SYS数据包),变为ESTABLISHED状态,此时客户端和服务器可以进行数据通信。当服务器断开连接或者收到客户端发来的断开请求(FIN数据包),W5300A相应的SOCKET状态变为CLOSED。服务器SOCKET更为详细的状态转换过程可以参考W5300A手册77页。
(4)busdriver模块的工作流程
busdriver通过外部总线对网络芯片进行复位和数据交换。通过访问W5300A的寄存器,实现网络芯片的配置、监控、数据收/发。同时,busdriver监视FIFO,如果RX_FIFO则暂缓收数;如果TX_FIFO不空则发送数据。Busdriver的工作流程如下图所示。
(5)以太网通信的程序实现
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