在FPGA中实现嵌入式TCP/IP通信协议栈

作者：路后兵 合肥电子工程学院

摘要: 研究了嵌入式TCP/IP通信协议栈在Xilinx FPGA上的实现，介绍了其软硬件的系统组成和原理，提出一种实时操作系统上TCP/IP协议栈的高效工作模式，并在Virtex5 FPGA上移植成功。通过建立测试平台进行数据传输测试，证明其具有稳定、高效的通信性能，为嵌入式设备开发提供了新的思路。

随着电子信息技术的发展，网络化日益普遍，以太网被广泛应用到各个领域，只要在设备上增加一个网络接口并实现TCP/IP协议，就可以方便地接入到现有的网络中，完成远程数据传输的相关功能。因此，嵌入式网络技术一直是关注的焦点，目前已经广泛应用于通信、工业控制、消费电子等各个领域。近年来，随着可编程逻辑器件的飞速发展，人们开始考虑将整个嵌入式系统集成到单片FPGA中实现，其中也包括了以太网的嵌入式片上系统。本文从实际应用出发，以Xilinx FPGA的软核CPU MicroBlaze IPCore搭建的片上系统（SystemonChip），构建了嵌入式网络硬件开发平台，实现了TCP/IP通信协议栈LwIP（Lightweight Internet Protocol）在实时操作系统Xilkernel上的移植。详细介绍了其软硬件的系统组成和原理，阐述了FPGA的片上系统配置，及其驱动层和协议栈层软件的结构，并给出部分关键源码。