基于三速以太网IP核的FPGA实现潘冰琪，吕旌阳**（北京邮电大学信息与通信工程学院，北京，100876）5摘要：在大规模的FPGA设计中，利用已有的IP核来实现功能已经成为一种趋势，直接利用IP核可以缩短开发周期和上市时间，降低开发的风险，减小投入成本，提高系统开发的可靠性。随着以太网协议在嵌入式中的运用越来越广泛，许多公司推出相关IP核。ALTERA10152025303540公司提供的三速以太网IP核，能够完成以太网的MAC层功能，并且支持多达32路端口。本文以FPGA为载体，配置三速以太网IP核的相关寄存器，设置工作模式，在调用IP核的同时，建立用户端接收发送数据缓存，防止数据溢出，同时设计远端的物理芯片接口，通过MDIO接口配置PHY芯片，实现以太网协议。关键词：以太网；IP核；FPGA；FIFO中图分类号：TN91TheImplementationofEthernetBasedontheTripleSpeedEthernetIPCorePANBinqqi,LVJingyang(SchoolofInformationandcommunication,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing,100876)Abstract:TheIPcoreisbecomingmuchmorepopularforitshighefficiencyandlowcost,whichmakesgreatcontributiontothedevelopmentofnewsystems.Ontheotherhand,ethernetplaysimportantrolesinembeddedsystem.ManycompaniesprovideIPcoresaboutethernet.TheAlteraofferstriplespeedethernetIPcore,whichcomplieswiththeIEEE802.3standard.Itcombinesthefeaturesofa10/100/1000-MbpsEthernetmediaaccesscontroller(MAC).Thispassageimplementestheethernetbyconfiguringthetriplespeedethernet,includingthefifoforreceivingandtransmittingdataandconfigurationofthePHYdevicethroughMDIOinterface.ThefunctionoftriplespeedethernetIPcorecanrunnormally.Keywords:ethernet;IPcore;FPGA;fifo0引言在嵌入式环境下，符合IEEE8023协议标准的以太网是比较合适的连接方式，以太网的数据传输速率高，传输距离远，扩展性强，因此在嵌入式系统中有着广泛的应用[1]。ALTERA公司提供了TriplespeedEthernet的IP核，该IP核包含了10/100/1000Mbps的以太网的介质访问控制MAC和1000BASE-X的物理编码层PCS。兼容IEEE8023，具有前导码和起始帧界定码SFD的生成帧填充，CRC生成和CRC校验，10M/100Mbps时半双工和全双工模式等功能[2]。以太网的数据链路层分为LLC（逻辑链路控制）和MAC(介质访问控制)层，其中，LLC子层用于设备间单个连接的错误控制，流量控制。MAC层为数据链路层和物理层之间，在实际应用中，多个设备共用一条总线，需要有机制来检测冲突，分配介质的使用权[3]作者简介：潘冰琪（1990-），女，硕士研究生，主要研究数字电路设计通信联系人：吕旌阳（1969-），男，副教授，主要研究宽带无线通信.lvjy@bupt.edu.cn-1-序号地址名称作用10x00-0x17BaseConfiguration配置IP核的基础寄存器20x18-0x38StatisticCounters统计发送接收情况的计数器30x3ATransmitCommand接收发送配置寄存器。通过配置这两个寄存器，可以选择是否需要加上CRC功能以及数据带宽等40x3BReceiveCommand50x3C-0x3EExtendedStatisticsCounters扩展计数器4550在发送数据时，需要将要发送的数据帧打包成标准的CSMA/CD的包，IEEE802.3标准的帧格式分为七个域，前导码、帧首定界符、目的地址、源地址、长度/类型、数据、帧校验序列[4]。MAC层需要在数据帧的基础上进行CRC校验，同时加上前导码、帧首定界符、源地址等[5]。1系统总体介绍三速以太网IP核能够完成上述的MAC层的功能，在用户端（UserApplication）和PHY芯片之间架起一道桥梁，下图是一个IP核的典型应用图：用户端三速以太网IP核MAC层MDIO配置图1-13典型应用框图Fig.1exampleapplicationPHY设备55在上面的框图中，IP核通过Avalon-ST总线与用户端连接，后端通过MII/GMII/RGMII接口与以太网PHY芯片连接，其中，用户端（UserApplication）需要完成以下几项功能：1.通过配置寄存器，完成工作模式的设置；2.建立用户数据端的收发数据缓存，完成用户数据端的接口；3.配置MDIO接口，与PHY芯片进行通信，完成PHY端的接口。下面依次介绍这三个部分。601.1寄存器配置与一些以太网控...