基于FPGA的TCP／IP通信协议与Matlab通信系统的研究

整个系统设计具体操作如下：

本文引用地址： //m.amcfsurvey.com/article/154018.htm

　　(1)在EDK的集成开发环境XPS(Xilinx Platform. Studio)中，处理器功能单元，系统外围总线结构，终端外设以及相应的地址映射和默认的驱动等都可以在BSB(Base System Builder)中完成。在Microblaze系统的基本构建中其主要设置如下：使用Single Processor System系统，Local Memory为16k，系统时钟频率为62．5MHz，定时器和以太网中断必须连接到处理器的中断控制器上，另外，本设计还用到的GIOP、 Ethernet MAC、DDR、SDRAM控制器等，其间用到的IP驱动，都是用xilinx提供IP的自带默认的相应驱动。

　　(2)最后XPS自动生成微处理器硬件规范MHS(Microprocessor Hardware SpecificaTIon)和描述软件系统结构的微处理器软件规范MSS(Micro-processor Software Specification)文件以及一些相关的文件。这些文件都可以手动进行修改，从而是使整个系统更加的优化。

　　(3)生成的系统最后生成bit文件，把其文件下载到目标板子上。

　　2．2 Simulink接收模块的搭建

　　Simulink中TCP／IP中的接收模块，其终端的地址，端口的设置要与FPGA上的以太网的IP地址、端口的设置一致，这就为TCP／IP接收模块指定了要通信的地址即完成了接收模块TCP／IP的相关配置，也就完成了FPGA与Matlab中以太网通信的接收模块的搭建，在 Simulink中，具体的模块设计如图3所示。

通信数据通过此模块可以较直观地用图形动态显示。

　　3 系统的软件平台及网络协议的实现

　　3．1 软件内核和协议

　　本设计主要选择了Xilinx公司的精简嵌入式操作系统Xilkemel，它是Xilinx提供的用于EDK系统的小型、模块化的嵌入式操作系统内核，它支持Microblaze核，与EDK形成的硬件系统无缝连接，具有可定制、CPU资源占用较小、运行速度快等特点，是MicroBlaze嵌入式软核的理想操作系统，其整体的开发流程如图4所示。

　　网络通讯协议我们采用TCP／IP协议，该通讯协议采用四层(应用层、传输层、互连网络层、网络接口层)层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求，系统分为两部分实现：

　　第一部分为物理层和MAC层，本设计中用LAN83C185来实现物理层，MAC层由Xilinx公司的Ethernet MAC IP核，并作为整个MicroBlaze系统硬件的一部分在FPGA内实现。

　　第二部分是运输层和网际层，主要由软件代码实现。TCP／IP网络通信软件允许用户远程注册到另一个系统中，并从一个系统复制文件到另一个系统，虽然Xilkernel本身不带有文件处理系统和TCP／IP协议栈，但它与Xilinx公司的LwIP库具有良好的接口，加上系统支持库 LibXilMFS可形成一个比较完整的嵌入式系统，其特点是内核配置功能都已集成到EDK工具中，使用简单、方便，内核启动静态创建线程，而动态分配内存，可加载或卸载不同功能模块来实现内核的高扩展性。

　　本设计主要采用LwIP3．OOb(Light weight Internet Protocol stack)协议模块套用于嵌入式系统的开放源代码TCP／IP协议栈中，LwI-P3．00b提供二种API模式：Socket模式和RWA模式，由于 Socket模式开发难度不大，只要启动Xemacif input thread线程，从中断响应的过程中接收数据包并转移到LwlP的tepip thread中就可以。所以基于方便考虑我们决定上层协议部分协议模块采用Socket模式，因此需在MSS文件里对LwIP进行例化(包括相应的 LwIP参数设置)从而减少存储器利用量和代码编写。

　　3．2 网络通信程序的实现与设计

　　网络通信程序主要完成从超极终端发送数据，传到Simulink中的ICP／IP接收模块。下面是主要的网络通信程序：

　　Server_thread()函数是Xilkernel的第一个线程，初始化LwIP协议栈。

　　ServerAppThread()函数可完成MAC、IP、掩码以及网关的配置，并完成Socket应用。

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