腾讯和平精英图片: 【技術分享】即插即用的千兆網絡接口設計

2019-06-06 17:48:25 來源:電子發燒友網
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DSP   千兆網絡接口  

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千兆網絡接口具有數據傳輸速率快、連接方便、可以即插即用的優點,使得其應用較為廣泛。隨著電子技術和處理器的發展,很多應用場合的數據通信速率超過千兆網口的實際傳輸速率。例如,在A/D采樣中,需要直接存儲A/D轉換的采樣數據,如果A/D轉換位數為16位,工作在100MHz,則實際數據量為1.6Gbps。為了實現高速傳輸,必須采用更高傳輸速率的接口,例如PCIe或者RapidIO接口。但這些接口不具有即插即用功能,與很多工業既有設備不能直接連接,限制了其應用場合。
 
DSP(數字信號處理器)具有較高的工作頻率,其內部集成硬件網絡MAC接口,外接一個物理層芯片就可以方便地實現千兆網絡通信。多核DSP芯片可以連接多個千兆網口,使得其可以應用到高速數據傳輸場合。本文介紹一種基于多核數字信號處理器TMS320C6678的嵌入式雙千兆網絡接口,實現單個芯片連接兩個千兆網口,這兩個網口可以各自獨立傳輸數據,也可以聯合傳輸數據,提高了實際的數據傳輸速率。
 
1C6678及其結構
TMS320C6678是TI公司多核處理器中的一款8核浮點型DSP,每個核最高工作頻率可達1.25GHz,每個核可以提供40GMAC定點計算或者20GFLOP浮點計算能力,單個芯片可以提供320GMAC或者160GFLOP計算能力。TMS320C6678的片內結構如圖1所示。
 
TMS320C6678的每個核具有32KB的程序、32KB的數據以及512KB的2級Cache存儲空間,芯片片內具有一個4MB的共享SRAM。TMS320C6678具有DDR3控制器接口,可以外接DDR3,直接尋址范圍達到8GB。TMS320C6678的片內外設有RapidIO、PCIe、EMIF、SPI、I2C總線等接口。這些接口通過片內的高速互聯總線和各個處理器交互數據。
 
和網絡相關的片內設備如圖1右下角灰色??樗?,主要包括兩個對外的SGMII接口、以太交換和網絡交換???,以及用于數據管理的安全加速器和包加速器,可以快速檢測數據的校驗以及協議是否遵循網絡標準,對于錯誤的數據直接丟棄,降低CPU的負擔。為了加快網絡和CPU的數據交換,片內的隊列管理器用于管理網絡包或者網絡幀的緩存、分發等功能。這些數據都采用數據包DMA讀寫,不需要CPU參與。
 
圖1TMS320C6678內部結構圖
 
TMS320C6678的其他片內設備包括PLL、仿真口、信號量、電源管理和復位管理等???。其中PLL配置CPU和外設的工作時鐘;仿真口用于連接仿真器,實現對軟件運行的監控;信號量實現對DSP/BIOS操作系統中信號量的控制;電源管理實現整個芯片電流電壓的控制;復位管理配置啟動的方式,硬復位進行全啟動,軟復位進行部分啟動。
 
288E1111及其結構
網絡物理層芯片很多,一般都兼容MII、RMII以及SGMII等接口標準之一或者多個。但TMS320C6678只提供了SGMII接口,所以和TMS320C6678連接的物理層芯片必須具有SGMII接口。本文使用兩片Marvell公司的88E1111物理層芯片進行雙千兆網絡的連接。88E1111的片內結構如圖2所示。
 
圖288E1111內部結構圖
 
網絡RJ45接口發送過來的帶有調制數據的模擬信號經過A/D轉換變成數字信號,然后依次經過均衡、整形濾波和譯碼后由接收單元傳輸到MAC芯片,實現數據的接收。MAC發送的數據經過整形濾波后由D/A轉換成模擬信號發送到RJ45接口。為了降低誤碼率,88E1111內部具有鎖相環(PLL)、自動增益控制(AGC)、時序/相位控制、回音抵消等???,這些??槎際俏頌岣呤荽淶目煽啃?,在不同環境或者不同外接設備下,都可以高速可靠地通信。圖2中的LED控制??槭迪質荽涫鋇牡乒庀允?,MDIO??槭迪至唇詠⒑妥刺嗖?,時鐘??樘峁┕ぷ魘敝?。
 
3硬件設計
硬件設計主要包括TMS320C6678和兩個88E1111的接口、88E1111和RJ45的接口、88E1111的硬件配置設計等幾個部分。
 
 
圖3TMS320C6678網絡??榻峁?/div>
 
圖4TMS320C6678和88E1111的接口TMS320C6678和兩片88E1111的接口電路如圖4所示。TMS320C6678采用SGMII(SerialGigabitMediaIndependenTInterface)接口,兼容10/100/1000M工作方式。SGMII為串行數據收發方式,具有較少的引腳連接。從圖4中可以看出,實際上只有兩對收發的差分線,分別連接到對應的88E1111引腳上。讀寫時鐘隱含在數據上傳輸,由硬件自動識別,無須軟件參與。
 
圖4TMS320C6678和88E1111的接口
 
MDIO和MDCLK為TMS320C6678內部MDIO??櫚氖鶯褪敝?,用于TMS320C6678和88E1111建立連接,TMS320C6678可以通過該接口配置88E1111,或者讀取88E1111的信息。由于88E1111的MDIO??榻涌詰縉轎?.5V,而TMS320C6678的MDIO??榻涌詰縉講捎?.8V電壓,所以兩者之間需要增加電壓轉換芯片,本設計采用PCA9306實現電壓轉換,接口電路如圖5所示。
 
圖5MDIO接口的電壓轉換電路
 
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