當前,，SoC" title="SoC">SoC 向著面積更小,，速度更高的方向發(fā)展，百兆網通信已不能滿足人們的生產和工作需要,，用千兆網通信成為工作中迫切的要求,，用FPGA" title="FPGA">FPGA實現千兆網的通信，有二種模式可以選擇,，其一,，編寫一個IP軟核，其二,，用FPGA內嵌的MAC內核,。方法一的靈活性大,，但要實現并不容易,，因此，賽靈公司將其歸為收費IP;方法二中的MAC的三態(tài)可配置特性為我們實現千兆網通信提供了可能,，本文就是基于此內嵌的Ethernet MAC模塊,，在VxWorks" title="VxWorks">VxWorks操作系統(tǒng)下成功實現了千兆網的通信。

1 Virtex4 FX系列FPGA中內嵌的千兆通信硬核架構

        Virtex4 FX 系列FPGA中內嵌了多個用于千兆通信的硬核,，以XC4VFX20為例,，它通過一個主機接口連接了二個EMAC核,。二個EMAC可以一起使用，也可以只使用其中的一個,。

        Virtex4中嵌入的Ethernet MAC硬核主要有以下特點： 
         支持半雙工和／或全雙工操作
         設計符合IEEE 802.3-2002標準
         支持３種不同的操作模式：1 Gbps,、100 Mbps、10Mbp 
         支持MII,，GMII,，RGMII，SGMII通信方式
         為不限長度的VLAN幀和JUMBO幀提供技術支持
         提供了可選的網絡管理特性,，包括基于每個分組的統(tǒng)計數據矢量和流程控制
         可以通過一個與處理器無關的接口對TEMAC核進行配置和監(jiān)控,，其為用戶選擇適合其應用的理想處理器提供了附加的靈活性。

        在１Gigabit模式下,，TEMAC支持千兆位級媒體獨立接口(GMII)和降低千兆位級媒體獨立接口(RGMII),。 GMII是一個運行速率為125 MHz的字節(jié)寬并行SDR接口，而RGMII是一個運行速率為25 MHz的半位元組款并行DDR接口,，可以提供的總帶寬為1 Gbps,。 而且，在100和10 Mbps模式下,，TEMAC均支持MII接口,。 MII接口是4-bit寬，在100MBps模式下其工作速率為25 MHz,。 在10MBps模式下,，MII接口的工作速率為2.5MHz。

        由于Virtex4中嵌入了Ethernet MAC硬核,，同時,，FX系列還嵌入了PowerPC，這樣,，就可以用PowerPC控制Ethernet MAC實現千兆網的通信,。

2 VxWorks下BSP的移植

        VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)，它采用微內核的結構,，具有支持多種處理器,，豐富的網絡協(xié)議，良好的兼容性和裁減性等特點,，同時具有程序動態(tài)鏈接和下載的功能,。自從80年代問世以來，以其不斷推出的升級版本,，高性能內核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境,，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領域逐漸占據一席之地，尤其以成功應用于火星探測車和愛國者導彈等高科技產品而聲名鵲起,。VxWorks的板級支持包BSP(Board Support Package)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包,，它主要功能是為屏蔽硬件,，提供操作系統(tǒng)的驅動，具體功能包括：

        1)單板硬件初始化,，主要是CPU的初始化,，為整個軟件系統(tǒng)提供底層硬件支持；
        2)為操作系統(tǒng)提供設備驅動程序和系統(tǒng)中斷服務程序,；
        3)定制操作系統(tǒng)的功能,，為軟件系統(tǒng)提供一個實時多任務的運行環(huán)境；
        4)初始化操作系統(tǒng),，為操作系統(tǒng)的正常運行做好準備,。 

        而在嵌入式系統(tǒng)設計中，BSP的開發(fā)是一項非常復雜而繁瑣的工作 ,，Xilinx公司提供的EDK套件,，可以在很大程度上減輕開發(fā)者的工作。EDK中的BSP生成器(BSPgen)可以根據不同的微處理器,、外設和RTOS組合自動產生用戶可裁剪的BSP,。它包含了系統(tǒng)所必需的支持軟件，包括Boot代碼,、設備驅動和RTOS的初始化,。利用BSPgen可以把Xilinx器件驅動打包到BSP的子目錄下，并且把Xilinx器件驅動與VxWorks及其Tornado集成開發(fā)環(huán)境無縫集成,，充分減少開發(fā)周期,。

        但是，BSPgen生成的BSP只是一個固定的BSP模板,，并不能正確的反應RAM/ROM的存儲器映射,，不支持用戶通過BSPgen流程自定義的核/驅動等。因此還需要對BSPgen產生的BSP進行修改裁剪,。

        對于BSP開發(fā)人員來講,，借助EDK的BSPgen，還必要做以下幾項工作：
       1)修改config.h 和Makefile中的RAM,，ROM地址及串口速率
       2)修改sysSerial.c,，對串口進行正確的設置 
       3)增加不能與VxWorks無縫集成的器件的驅動文件
       4)配置sysNet.c中的以太網參數，設置MAC地址
       5)根據EDK中的配置,，禁止或使能Cache 
       6)修改sysLib.c,，以顯示正確的信息
       7)設置主機IP地址 

        經過以上修改之后，將新的BSP放在Tornado的安裝目錄Tornado_roottargetconfig下,，根據這個BSP,，在Tornado集成環(huán)境下生成一個新的VxWorks工程,，然后就可以進行一般的嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)了,。

        EDK中RAM和ROM的地址映射如下表所示：
        表一 RAM/ROM地址映射

        根據表一修改 makefile 和config.h里的地址,。sysNet.c 中通過以下語句定義了網絡的MAC地址，必須根據真實的MAC地址進行修改,，如本文的MAC地址：00：0A:35：01：88：25

         static char XEmacMacAddr0[6] = { 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x2, 0x1 }; //修改前
         static char XEmacMacAddr0[6] = { 0x00, 0x0A, 0x35, 0x01, 0x88, 0x25 }; //修改后

        sysSerial.c對串口進行初始化,，因經要正確的指定串口ID，sysLib.c中可以顯示vxWorks鏡像的信息,，因此也要進行相應的修改,。

        通過對EDK下生成的BSP的修改，并在Tornado集成環(huán)境下生成正確的VxWorks鏡像后,，可以將其下載到FPGA中,。觀察串口的輸出是否正確，可以進行相應的調試工作,，以確定BSP的移植是正確的,。