基于ZYNQ的以太网接口扩展电路设计

孙静++赵兴亮

摘 要：介绍了一种基于ZYNQ的以太网接口扩展电路的设计方法。以ZYNQ-7030和以太网交换芯片BCM53284M为核心，分析了ZYNQ的功能和特点以及BCM53284M主要性能，并给出了接口的硬件设计电路。

關键词：ZYNQ；以太网；交换

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0023-02

1 概要

ZYNQ系列是Xilinx公司推出的行业第一款可扩展处理平台，它将高性能的ARM Cortex-A9 MPcore处理器片上系统（SoC）和FPGA相结合，为高清视频监控及工业自动化等高端嵌入式应用提供所需的处理与计算性能[1]。随着互联网技术的快速发展，以太网交换技术日趋成熟，更多的设备选择利用太网交换技术完成大量数据的快速传输[2]。ZYNQ和以太网技术的结合满足了技术发展的需求。ZYNQ的PS端仅提供了2个以太网控制器，或者可以通过PL端扩展以太网接口，但程序设计复杂，难度大。本文提出了一种基于ZYNQ的以太网接口扩展电路设计方法，以解决系统网络交换的要求。

2 设计内容

2.1 ZYNQ

在ZYNQ的PS中有2个千兆以太网控制器。每个控制器都是可配置的，并可以单独控制，并集成了介质访问控制层（MAC），便于使用。ZYNQ提供两种方法与物理层设备连接，第一种是通过RGMII接口将物理层设备连接到ZYNQ的MIO上。第二种方法是通过GMII/MII接口通过EMIO将ZYNQ连接到物理层设备上去。另外，也可以通过ZYNQ的PL接口扩展以太网接口，则需要程序设计MAC，较为复杂。

GMII（Gigabit Medium Independent Interface）即千兆媒体独立接口。它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。GMII接口提供了8位数据通道，125MHz的时钟速率，从而1000Mbps的数据传输速率。GMII接口主要包括四个部分。一是从MAC层到物理层的发送数据接口，二是从物理层到MAC层的接收数据接口，三是从物理层到MAC层的状态指示信号，四是MAC层和物理层之间传送控制和状态信息的MDIO接口。

本文选用的接口方式为通过RGMII接口将物理层设备连接到ZYNQ上。

2.2 以太网交换芯片

目前，以太网交换芯片集成度越来越高，功能也越来越强大。本文选用BroadCom公司推出的一款高性能的交换芯片BCM53284M。它包括24个集成了PHY的10/100BASE-TX/EFX接口，2个10/100/1000 GMII/RGMII接口，为以太网数据交换提供了足够多的通道。BCM53284M内部集成MAC，并符合IEEE 802.3 and IEEE 802.3x标准协议。

2.3 硬件设计

本文电路设计主要由ZYNQ-7030芯片、以太网交换芯片BCM53284M、PHY接口电路88E1518和BCM5482S、网络变压器HS9016、时钟电路和电源模块组成，硬件电路框图如图1所示。

ZYNQ-7030 与PHY的接口电路如图2所示 。ZYNQ-7030与PHY之间采用RGMI接口，发送的数据线ETH_TXD<3..0>，时钟信号ETH_TXCK，发送控制ETH_TXCTL； 接收的数据线ETH_RXD<3..0>，发送控制ETH_RXCTL； 管理配置接口ETH_MDIO、ETH_MDC。ZYNQ-7030引脚软件配置如图3所示。

BCM53284M与PHY接口电路BCM5482S的接口电路如图 4所示。BCM53284M与PHY接口电路BCM5482S之间同样采用RGMII接口方式。BCM53284M最终输出1个千兆以太网接口，24个百兆以太网接口。将ZYNQ-7030和BCM53284M通过PHY对接后，即完成了以太网接口电路的扩展。

3 结语

本文提出的基于ZYNQ的以太网接口扩展电路设计方法极大地提高了数据交换能力，解决以太网数据通道的限制，为高速数据的网络交互提供了可能，目前设计已经在多个项目中应用，性能稳定。

参考文献

[1]刘宏，符意德.基于ZYNQ芯片的图像处理系统平台设计[J].计算机与现代化，2015（8）：43-47.

[2]孟芳，邱里鑫.高性能以太网交换芯片BCM56132的研究与应用[J].电视技术，2012，36（S1）：57-60.