网络

拥有可靠和高性能的路由器是运行高流量网络的必要因素,在这种网络中,不同的设备需要尽可能快地传输和接收数据。具有强大处理器和足够本地内存的以太网路由器可减少数据中断、按摩加载和缓冲时间,并产生更快的响应时间。旧一代路由器通常包括MIPS处理器,其内存量较少,以满足网络需求。然而,由于人们现在生成的大量数据以及各种协议(如Wi-Fi、以太网、USB、SFP、QSFP等)的出现,高性能可重新编程路由器变得至关重要。FPGA具有高性能和可重新编程的特点。因此,在路由器中实现它们变得越来越流行。例如,使用FPGA作为主处理器,用户可以通过添加加密和压缩模块来定制硬件,以保护和压缩安全摄像头所需的网络数据。

Aldec提供基于Xilinx®Zynq™FPGA的网络解决方案。在这个解决方案中,设计一个以太网路由器使用TySOM-2A-7Z030嵌入式开发板FMC-NET子卡由Aldec生产,如图1和图2所示。

图1:TySOM-2A-7Z030 图2:FMC-NET

这个TySOM-2A-7Z030嵌入式开发板提供两个以太网RJ-45连接器,四个USB 2.0和一个Wi-Fi/蓝牙通道。这个FMC-NET子卡还提供四个以太网、一个Wi-Fi/Bluetooth通道、一个QSFP+连接器和四个SATA连接器。因此,设计的路由器具有六个具有WAN和LAN功能的以太网连接器、两个Wi-Fi/Bluetooth通道、一个QSFP+、四个USB和SATA连接器。以太网连接器可用于将笔记本电脑和PC连接到网络。USB端口可用于将外部设备(如硬盘驱动器和打印机)连接到网络。QSFP+连接器可用于高速数据事务,如在服务器和网络之间传输数据。SATA连接器可用于向网络添加硬盘驱动器和固态驱动器。

Zynq设备包括FPGA(可编程逻辑)和ARM处理器(处理系统)。在Zynq的PS端,OpenWrt Linux发行版运行于控制所有设备的ARM处理器上。OpenWrt提供了一个带有包管理的完全可写的文件系统,而不是试图创建一个单一的静态固件。这将使您从供应商提供的应用程序选择和配置中解放出来,并允许您通过使用包来定制设备以适应任何应用程序。对于开发人员来说,OpenWrt是构建应用程序的框架,而无需围绕它构建完整的固件;对用户来说,这意味着完全定制的能力,以从未想象过的方式使用设备。有关OpenWrt的更多信息,请访问OpenWrt网页.

在Zynq的PL端,使用以太网MAC模块和AXI 1G/2.5G。实现了QSFP+的10Gb以太网子系统核心。FMC-NET子卡连接到PL端,扩展外围设备。图3显示了Zynq设备内的PL/PS连接。

图3:Zynq设备内部的PS和PL连接

为了深入了解设计的功能性,考虑路由器将通过以太网接口传输网络包。以下是发送和接收包裹应采取的步骤:

OpenWrt→CPU→AXI→MAC→RGMII→PHY→以太网端口→传输的网络数据包

OpenWrt←CPU←AXI←MAC←RGMII←PHY←以太网端口←接收到的网络数据包

主要特征

  • 基于TySOM-Xilinx-Zynq的硬件平台
    • 双核ARM Cortex A9运行软件
    • 用于定制硬件的FPGA-加速器和接口
    • 车载无线外围设备-Wi-Fi、蓝牙
    • 车载有线–4倍USB 2.0、2倍以太网、HDMI、UART
    • 1 x FMC连接器
  • FMC-NET
    • 4倍以太网PHY 10/100/1000,配备IEEE 1588软件
    • Wi-Fi双频和蓝牙WiLink-8模块
    • 1x QSFP+ 4车道,最大40Gb/s
    • 4个SATA设备端口
  • OpenWrt参考设计
    • 用可编程逻辑实现4x以太网MAC
    • 专用操作系统的网络解决方案与Web接口的系统控制

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