孫靜++趙興亮

摘 要：介紹了一種基于ZYNQ的以太網(wǎng)接口擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)方法。以ZYNQ-7030和以太網(wǎng)交換芯片BCM53284M為核心，分析了ZYNQ的功能和特點(diǎn)以及BCM53284M主要性能，并給出了接口的硬件設(shè)計(jì)電路。

關(guān)鍵詞：ZYNQ；以太網(wǎng)；交換

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）14-0023-02

1 概要

ZYNQ系列是Xilinx公司推出的行業(yè)第一款可擴(kuò)展處理平臺(tái)，它將高性能的ARM Cortex-A9 MPcore處理器片上系統(tǒng)（SoC）和FPGA相結(jié)合，為高清視頻監(jiān)控及工業(yè)自動(dòng)化等高端嵌入式應(yīng)用提供所需的處理與計(jì)算性能[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，以太網(wǎng)交換技術(shù)日趨成熟，更多的設(shè)備選擇利用太網(wǎng)交換技術(shù)完成大量數(shù)據(jù)的快速傳輸[2]。ZYNQ和以太網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合滿足了技術(shù)發(fā)展的需求。ZYNQ的PS端僅提供了2個(gè)以太網(wǎng)控制器，或者可以通過PL端擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，但程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，難度大。本文提出了一種基于ZYNQ的以太網(wǎng)接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)方法，以解決系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換的要求。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 ZYNQ

在ZYNQ的PS中有2個(gè)千兆以太網(wǎng)控制器。每個(gè)控制器都是可配置的，并可以單獨(dú)控制，并集成了介質(zhì)訪問控制層（MAC），便于使用。ZYNQ提供兩種方法與物理層設(shè)備連接，第一種是通過RGMII接口將物理層設(shè)備連接到ZYNQ的MIO上。第二種方法是通過GMII/MII接口通過EMIO將ZYNQ連接到物理層設(shè)備上去。另外，也可以通過ZYNQ的PL接口擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，則需要程序設(shè)計(jì)MAC，較為復(fù)雜。

GMII（Gigabit Medium Independent Interface）即千兆媒體獨(dú)立接口。它是IEEE-802.3定義的以太網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。GMII接口提供了8位數(shù)據(jù)通道，125MHz的時(shí)鐘速率，從而1000Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。GMII接口主要包括四個(gè)部分。一是從MAC層到物理層的發(fā)送數(shù)據(jù)接口，二是從物理層到MAC層的接收數(shù)據(jù)接口，三是從物理層到MAC層的狀態(tài)指示信號(hào)，四是MAC層和物理層之間傳送控制和狀態(tài)信息的MDIO接口。

本文選用的接口方式為通過RGMII接口將物理層設(shè)備連接到ZYNQ上。

2.2 以太網(wǎng)交換芯片

目前，以太網(wǎng)交換芯片集成度越來越高，功能也越來越強(qiáng)大。本文選用BroadCom公司推出的一款高性能的交換芯片BCM53284M。它包括24個(gè)集成了PHY的10/100BASE-TX/EFX接口，2個(gè)10/100/1000 GMII/RGMII接口，為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換提供了足夠多的通道。BCM53284M內(nèi)部集成MAC，并符合IEEE 802.3 and IEEE 802.3x標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

本文電路設(shè)計(jì)主要由ZYNQ-7030芯片、以太網(wǎng)交換芯片BCM53284M、PHY接口電路88E1518和BCM5482S、網(wǎng)絡(luò)變壓器HS9016、時(shí)鐘電路和電源模塊組成，硬件電路框圖如圖1所示。

ZYNQ-7030 與PHY的接口電路如圖2所示 。ZYNQ-7030與PHY之間采用RGMI接口，發(fā)送的數(shù)據(jù)線ETH_TXD<3..0>，時(shí)鐘信號(hào)ETH_TXCK，發(fā)送控制ETH_TXCTL； 接收的數(shù)據(jù)線ETH_RXD<3..0>，發(fā)送控制ETH_RXCTL； 管理配置接口ETH_MDIO、ETH_MDC。ZYNQ-7030引腳軟件配置如圖3所示。

BCM53284M與PHY接口電路BCM5482S的接口電路如圖 4所示。BCM53284M與PHY接口電路BCM5482S之間同樣采用RGMII接口方式。BCM53284M最終輸出1個(gè)千兆以太網(wǎng)接口，24個(gè)百兆以太網(wǎng)接口。將ZYNQ-7030和BCM53284M通過PHY對(duì)接后，即完成了以太網(wǎng)接口電路的擴(kuò)展。

3 結(jié)語

本文提出的基于ZYNQ的以太網(wǎng)接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)方法極大地提高了數(shù)據(jù)交換能力，解決以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通道的限制，為高速數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)交互提供了可能，目前設(shè)計(jì)已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用，性能穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]劉宏，符意德.基于ZYNQ芯片的圖像處理系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2015（8）：43-47.

[2]孟芳，邱里鑫.高性能以太網(wǎng)交換芯片BCM56132的研究與應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2012，36（S1）：57-60.