引言
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。
1 系统硬件平台设计
Xilinx为嵌入式网络通信解决方案提供了广泛的组件和资源。Xilinx嵌入式解决方案的一个主要优点是其处理器、IP内核以及软件组件的灵活性和可扩展能力，其强大的灵活性允许用户根据需要开启或禁止处理器、IP内核以及软件平台的选项和高级功能，并且可以对许多独立参数进行精细调整，直到在软件级满足应用要求。
系统采用Xilinx公司的FPGA芯片XC5VFX70T为硬件设计平台，以MicroBlaze软核作为中央处理器，以VHDL硬件描述语言实现协处理功能模块，以片上总线连接MicroBlaze处理器和外围设备（IP）来搭建嵌入式片上系统。
Xilinx以IBM CoreConnect总线通信链作为嵌入式处理器的片上总线，提供了丰富的接口资源，主要有PLB (Processor Local Bus，处理器本地总线)接口、高速的LMB（Local Memory Bus，本地存储器总线）接口、FSL（Fast Simplex Link，快速单连接）主从设备接口、XCL（Xilinx Cache Link，Xilinx缓存链路）接口。PLB总线可将外设IP核连接到MicroBlaze系统中，常用在速度要求不高的场合；LMB专门用于实现对片上块RAM的高速访问；XCL则用于实现对片外存储器的高速访问。FSL是MicroBlaze处理器特有的一个基于FIFO的单向链路，可实现用户自定义IP核与MicroBlaze内部通用寄存器的点对点直接相连，一般用在传输速度要求较高的场合。
已实现的系统由MicroBlaze处理器、ILMB总线、DLMB总线、Block RAM、DDR SDRAM、10 /100/1000 Soft TEMAC、GPIO接口、UART16550串口、PLB TIMER定时器，以及基于PLB总线技术的DDC（数字下变频）自定义IPCore和基于FSL总线技术的FFT（快速傅里叶变换）自定义IPCore组成。设计的系统架构如图1所示，整个系统在Xilinx的EDK开发工具中构建，具有完全的可编程特性，可根据不同任务需求来更改相关的配置参数。
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