基于国产SMQ2V6000的嵌入式网络接口设计与实现

发布时间：2020-07-06 08:36

【摘要】：随着嵌入式技术和网络技术的发展,网络接口在嵌入式系统中的应用越来越广泛;嵌入式设备已经成功渗透到各个行业,各种领域,并逐渐朝着网络化、智能化的方向发展。网络通信接口以其在实时性、可靠性、标准化等方面的卓越性能及便于安装、维护简单、不受通信距离限制等优点,已发展成为一种成熟的技术。嵌入式网络接口产品更是以低成本,通信协议标准和便于维护等特点,得到广泛的应用,然而大部分嵌入式网络接口产品的研究和设计都是基于国外芯片,其自控可控度较低,存在安全隐患。随着我国综合国力的日渐提升,国产化芯片的应用也越来越广泛,特别是在一些特殊行业,对设备国产化的要求越来越严格。因此,非常有必要采用标准的网络通信协议,进行自主可控、性能优良的嵌入式网络接口设计,形成稳定可靠的嵌入式网络接口产品,以满足特殊行业嵌入式网络通信的需求。为此,本文梳理了国内外嵌入式网络接口的实现方式,分析了国内外嵌入式网络协议和以太网控制器的研究成果。以“自主可控、安全可靠、性能强、功耗低”为原则,基于特殊行业的应用需求,采用了基于国产FPGA芯片不带操作系统的实现方案,从根本解决了自主可控度低、存在安全隐患等问题。本文基于国产芯片进行了嵌入式网络接口软/硬件的设计与实现,并进行了功能性能测试,达到了预期结果。主要工作包括以下几部分:1.对国内外嵌入式网络接口的实现方式进行了梳理,对国内外主流的嵌入式网络协议栈和以太网控制器进行分析和对比。2.对特殊行业的嵌入式网络接口应用需求进行了分析,选择了基于国产FPGA芯片SMQ2V6000不带操作系统的实现方案,进行了总体方案设计,充分利用FPGA的特性,提高产品的性能。3.基于国产芯片进行了嵌入式网络接口硬件设计(包括原理图设计、PCB设计、生产调试)和软件设计(主要是ARP、ICMP、UDP和TCP协议的解析和处理),完成了嵌入式网络接口的调试和测试,对下一步工作进行了展望。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN915.0
【图文】：

框图,芯片结构,框图

图 2-5 DM9000CI 芯片结构框图DM9000CI 实现以太网媒体介质访问层（MAC）和物理层（PHY）的功能，包括 MAC 数据帧的组装/拆分与收发、地址识别、MLT-3 编码器、CRC 编码/检验、接收噪声抑制、超时重传、链路完整性测试、输出脉冲形成、信号极性检测与纠正等[28]。DM9000CI 占用很少的硬件资源，可以在不改变设备其他性能的基础上给设备加入网络功能[29]。2.3 网络协议栈选择系统设计中网络接入技术的难点在于如何使用有限的资源对信息进行网络协议处理达到速度、效率、成本的最优指标[30]。嵌入式网络接口的本身资源有限，并且其应用和功能比较单一，具有较强的针对性，因此不需要一个完整的 TCP/IP网络协议组件，只需要实现与需求相关的部分协议，不使用的协议则不需要支持。本方案嵌入式网络接口采用国产的 FPGA 和 SOC 芯片实现管理控制以及协议解析处理。为充分发挥国产芯片的特性，在标准的嵌入式网络协议栈的架构和设

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第三章嵌入式网络接口硬件设计与实现FPGASMQ2V6000SD[0-15]INTIOW#IOR#CMDDM9000CICS#D[0-7]OWCSOERSTAddr[0-22]IRQ0IRQ1FIRQSOC芯片JW1511图 3-2 FPGA 连接关系示意图FPGA 芯片的电路如图 3-3 所示。

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电子科技大学硕士学位论文置和仿真电路电路选用成都华微的 HWD16P 芯片实现，用于存储 FPGA 程序 FPGA 程序下载到 PROM 中，FPGA 上电后将自动从 PROM 中配置芯片连接如图 3-4 所示。PROMFPGASMQ2V6000JTAGTCKTDITDOTMS图 3-4 配置芯片连接示意图电路如图 3-5 所示。

【参考文献】