高速數據采集設備的千兆以太網接口的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種以太網接口，尤其是一種高速數據采集設備的千兆以太網接口，屬于數據傳輸領域。
【背景技術】
[0002]在當前高速、高性能數據采集領域，一般采用下位機采集、處理數據，然后通過通訊總線將數據傳送給上位機存儲和后續處理；在通訊總線上，千兆以太網因方便、低價、距離遠、高速成為首選，以太網在實現中，通常分為物理層(PHY層)、數據鏈路層(MAC層)、及協議棧三段來分別實現，每段一般都要專用的處理電路來實現。
[0003]千兆以太網實現方式1:在下位機中使用專用的微處理模塊來實現以太網通訊，該專用模塊其實就是一個簡易的電腦，它通過以太網與上位機電腦通訊，再通過專用接口與下位機中DSP或FPGA接口，最終實現整個下位機用千兆以太網與上位機通訊。
[0004]千兆以太網實現方式2:在下位機中使用物理層協議芯片+專用的MAC處理器+專用的協議棧處理器(單片機或ARM處理器)來實現以太網接口，最終實現整個下位機用千兆以太網與上位機通訊。
[0005]以上兩種方法的缺點是成本高、系統龐大、復雜，并且需要另外的通訊接口與DSP或FPGA進行數據交換。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是克服上述【背景技術】的不足，利用現有高速數據采集設備中DSP和FPGA的剩余資源，提供一種系統簡單、成本低廉，實現高速數據采集設備的千兆以太網接口。
[0007]本實用新型采用的技術方案是:
[0008]高速數據采集設備的千兆以太網接口，它包括帶隔離變壓器的千兆網絡接口，物理層協議芯片，FPGA芯片和DSP處理器，其特征在于:FPGA芯片與物理層協議芯片接口進行數據交互、FPGA芯片與DSP處理器的本地總線通訊進行數據交互，最終實現整個下位機用千兆以太網與上位機的通訊。
[0009]在FPGA芯片中自帶固件程序實現專用MAC處理器功能與所述DSP處理器通訊，在DSP處理器中自帶固件程序專用協議棧處理器功能與上位機通訊。
[0010]作為優先地，所述物理層協議芯片采用MICREL公司的KSZ9031系列芯片。
[0011]作為優先地，所述FPGA芯片采用XILINX公司的SPANTAN 6系列FPGA芯片。
[0012]作為優先地，所述DSP處理器采用TI公司的高速浮點DSP處理器。
[0013]本實用新型在數據采集下位機的實現上，采用FPGA(現場可編程門陣列)(管理模擬電路、數模轉換電路，將采集的數據交給DSP)+DSP處理器(管理整個下位機、進行數據運算、負責將最終數據通過通訊總線傳給上位機)的形式來實現。
[0014]本實用新型的有益效果是:1、系統簡單，成本低廉，通過編程利用數據采集設備中本身就有的FPGA和DSP處理器的一部分處理能力來實現專用的MAC處理器和專用的協議棧處理器，不再需要與其他電路進行接口。2、在不影響數據采集設備本身原有性能情況下實現300Mbps的通訊速度，完全滿足數據采集設備需要的數據傳送。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0016]圖2是在FPGA中編程實現專用MAC處理器功能的結構示意圖。
[0017]圖3是在DSP中編程實現專用協議棧處理器達到發數據功能的結構示意圖。
[0018]圖4是在DSP中編程實現專用協議棧處理器達到收數據功能的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面對本實用新型作進一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。
[0020]如圖1所示，高速數據采集設備的千兆以太網接口，它包括帶隔離變壓器的千兆網絡接口，物理層協議芯片，FPGA芯片和DSP處理器，其特征在于:所述FPGA芯片與物理層協議芯片接口進行數據交互，FPGA芯片與DSP處理器的本地總線通訊進行數據交互，最終實現整個下位機用千兆以太網與上位機的通訊。具體在說，在FPGA芯片中自帶固件程序實現專用MAC處理器功能與所述DSP處理器通訊，在DSP處理器中自帶固件程序專用協議棧處理器功能與上位機通訊，從而達到各部分的數據傳輸。
[0021]本實用新型通過以下過程實現:
[0022]1、使用物理層協議芯片(PHY)實現千兆以太網的物理層。
[0023]IEEE 802.3標準中物理層定義了數據傳送與接收所需要的電與光信號、線路狀態、時鐘基準、數據編碼和電路等，并向數據鏈路層設備提供標準接口。物理層的芯片稱之為PHY。物理層協議芯片通過標準接口(Mil、GMII或RGMII)與MAC處理器通訊，發送數據的時候，收到MAC處理器過來的數據，然后把并行數據轉化為串行流數據，再按照物理層的編碼規則把數據編碼，再變為模擬信號通過網絡接口及網線把數據送出去；收數據時的流程反之。
[0024]2、在FPGA中編程實現專用MAC處理器。
[0025]FPGA內部實現MAC處理器的程序如圖2，在FPGA的程序中調用一個以太網MAC處理器的IP庫(Trimac_core)，該IP庫通過標準接口(MI1、GMII或RGMII)與PHY通訊，可以自動識別當前網絡的工作模式(雙工/半雙工)和通訊速度(10兆、100兆、1000兆KFPGA的MAC接口程序在Trimac_core與DSP之間協調，通過雙口 RAM和雙口 FIFO實現Trimac_core與DSP通訊。發送數據時，DSP把數據包放入雙口 RAM中，然后通知MAC接口程序有數據要發，MAC接口程序將要發的數據搬入雙口 FIFO中，然后通知TrimaC_COre發送；收數據時的流程反之。
[0026]3、在DSP中編程實現專用協議棧處理器。
[0027]DSP中協議棧的處理(數據打包/解析)是通過調用TI公司提供的NDK庫來實現的，DSP中處理以太網部分的程序流程。
[0028]如圖3所示，發數據流程為:將發數據放入RAM中，調用NDK庫打包，數據包放入FPGA提供的雙口 RAM后，通知FPGA有數據要發，則FPGA將會執行發送的命令。
[0029]如圖4所示，收數據流程為:收到FPGA有數據提示，將數據從FPGA提供的雙口 RAM讀入，調用NDK庫解析，最好將解析后的數據提供給使用的程序。
[0030]實施例:高速數據采集設備的千兆以太網接口，它包括帶隔離變壓器的千兆網絡接口，物理層協議芯片，FPGA芯片和DSP處理器，其特征在于:所述FPGA芯片與物理層協議芯片接口進行數據交互，FPGA芯片與DSP處理器的本地總線通訊進行數據交互，最終實現整個下位機用千兆以太網與上位機的通訊。具體在說，在FPGA芯片中自帶固件程序實現專用MAC處理器功能與所述DSP處理器通訊，在DSP處理器中自帶固件程序專用協議棧處理器功能與上位機通訊，從而達到各部分的數據傳輸。
[0031]本實用新型所述帶隔離變壓器的千兆網絡接口:采用伍爾特公司相關接口器件，該接口自帶隔離變壓器和多個指示燈，結構緊湊，方便使用，自帶的指示燈可以很方便指示當前網絡是工作在10兆、100兆還是1000兆以及當前是否在進行數據傳輸。
[0032]本實用新型所述物理層協議芯片:采用MICREL公司的KSZ9031系列芯片，可以兼容10兆、100兆、1000兆，工作中能自動偵測當前系統網絡的情況，并根據偵測自動設置工作狀態(10兆、100兆、1000兆)O
[0033]本實用新型所述FPGA芯片:采用XILINX公司的SPANTAN 6系列FPGA芯片，功耗低，性能強大。
[0034]本實用新型所述DSP處理器:采用TI公司的高速浮點DSP處理器，運算速度快，功耗低。
【主權項】
1.高速數據采集設備的千兆以太網接口，它包括帶隔離變壓器的千兆網絡接口，物理層協議芯片，FPGA芯片和DSP處理器，其特征在于:FPGA芯片與物理層協議芯片接口進行數據交互、FPGA芯片與DSP處理器的本地總線通訊進行數據交互，最終實現整個下位機用千兆以太網與上位機的通訊。
2.根據權利要求1所述的高速數據采集設備的千兆以太網接口，其特征在于:在FPGA芯片中自帶固件程序實現專用MAC處理器功能與所述DSP處理器通訊，在DSP處理器中自帶固件程序專用協議棧處理器功能與上位機通訊。
3.根據權利要求1或2所述的高速數據采集設備的千兆以太網接口，其特征在于:所述物理層協議芯片采用MICREL公司的KSZ9031系列芯片。
4.根據權利要求1或2所述的高速數據采集設備的千兆以太網接口，其特征在于:所述FPGA芯片采用XILINX公司的SPANTAN 6系列FPGA芯片。
5.根據權利要求1或2所述的高速數據采集設備的千兆以太網接口，其特征在于:所述DSP處理器采用TI公司的高速浮點DSP處理器。
【專利摘要】本實用新型涉及一種高速數據采集設備的千兆以太網接口，它包括帶隔離變壓器的千兆網絡接口，物理層協議芯片，FPGA芯片和DSP處理器，FPGA芯片與物理層協議芯片接口進行數據交互、FPGA芯片與DSP處理器的本地總線通訊進行數據交互，最終實現整個下位機用千兆以太網與上位機的通訊；在FPGA芯片中自帶固件程序實現專用MAC處理器功能與所述DSP處理器通訊，在DSP處理器中自帶固件程序專用協議棧處理器功能與上位機通訊。它通過編程利用數據采集設備中本身就有的FPGA和DSP處理器的一部分處理能力來實現專用的MAC處理器和專用的協議棧處理器，不再需要與其他電路進行接口。在不影響數據采集設備本身原有性能情況下實現300Mbps的通訊速度，完全滿足數據采集設備需要的數據傳送。
【IPC分類】H04L29-10
【公開號】CN204291054
【申請號】CN201420666617
【發明人】沈平, 周建川, 劉寶華
【申請人】杭州騰振科技有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月10日