基于FPGA的以太网接口设计+文献综述(6)
采用FPGA对网络芯片的控制应该说是一种很好的尝试，也是对简单网络接口应用的有益尝试。并且FPGA的使用也增加了系统的可扩展性。
图4.1 FPGA+网络芯片
一般的网络芯片有LAN91C111、DM9K等。本次设计使用的芯片是SMSC公司的LAN91C111，和DM9K相比，QuartusII对LAN9C111芯片的支持更好。
4.1 LAN91C111芯片简介[1]
LAN91C111是SMSC公司推出的第三代快速以太网控制器。该芯片上集成了遵循CSMA/CD协议的MAC（媒体层）和PHY（物理层），符合IEEE802.3/802.U-Base-Tx/10Base-T规范。总的内部存储器FIFO缓冲区的大小为8 KB，这是发送和接收操作的芯片总存储。SMSC的LAN91C111与LAN9000系列的软件兼容。
主要特点：
（1）单芯片以太网控制器
（2）双速 - 10/100 Mbps
（3）完全支持全双工交换式以太网
（4）支持突发数据传输
（5）8字节的接收和发送FIFO缓冲区的内部存储器
（6）增强的电源管理功能
（7）通过串行EEPROM接口可选配置
（8）支持8位，16位和32位CPU访问
（9）内部32位超宽数据通道（成数据包缓冲存储器）
（10）内置透明的仲裁从顺序存取架构
（11）MMU的建筑平面与对称结构和队列发送和接收
（12）3.3V工作电压5V容错I / O缓冲器
（13）单一25 MHz的参考时钟的PHY和MAC
（14）外部25 MHz的外部PHY的输出引脚，支持PHY的物理媒体
（15）低功耗CMOS设计
（16）支持多种嵌入式处理器主机接口
该芯片主要包括EPH模块、DMA模块、Arbiter仲裁器、MMU模块、总线接口模块BIU、EEPROM接口、内部PHY和MII接口等。其8-32位数据总线接口单元通过控制总线、地址总线和数据总线与外部的CPU相连。外部数据可以8位、16位或32位的方式与LAN91C111进行交换。
图4.2 LAN91C111芯片模块图
4.2 硬件原理分析
以太网接口部分的原理图如图4.3所示，该电路没有使用LAN91C111的MII接口，因此可以把与MII接口有关的引脚悬空。地址总线A1～A15与EP2C35的A1～A15相连，A0悬空，AEN为一片选信号，只有当它为低电平时A1～A15才有效；数据总线D0～D31与EP2C35的D0～D31相连。其中BE0～BE3是用来控制D0～D31数据通道的选择信号。例如，BE0控制D0～D7，BE1控制D8～D15，依次类推。LCLK，RDYRTN，CYCLE，W/R是与同步信号有关的引脚，SRDY，DATACS，VLBUS是工作在32位数据传输的情况下所用的信号。LDEV使AEN信号有效，并且是A1～A15地址信号被正确解码的确认信号。ADS是地址锁存信号。EP2C35接收LAN91C111的数据是基于中断的，因此LAN91C111的中断输出引脚INTR0接入EP2C35的外部中断引脚。
由于该接口电路中LAN91C111没有使用EEPROM，所以LAN91C111的ENEEP引脚需要接地。同时由于RD和WR是低电平有效，所以要加上拉电阻防止干扰；其余信号是高电平有效，同理要加下拉电阻。PHY模块的RBIAS引脚必须接11kΩ的电阻再接地，这样PHY才能正确接收数据。
5 软件设计
通过上文的介绍，我们知道，完成此次软件部分的设计需要三步，首先要完成NIOSII软核处理器的定制，其次要完成FPGA芯片的配置，最后根据网络协议实现数据发送与接收。
5.1 NIOSII软核处理器定制
Nios 处理器是一种软核CPU，并针对Altera 的可编程逻辑器件和片上可编程系统的设计思想做了相应优化。作为一种可配置的通用RISC处理器，它可以与用户自定义逻辑（userlogic）结合构成SOPC系统，并下载到Altera 的可编程器件中去。32 位Nios 软核结合外部闪存以及大容量存储器，可构成一个功能强大的32 位嵌入式处理器系统。