专利名称：一种片上可编程系统连接到以太网的方法
技术领域：
本发明涉及一种片上可编程系统连接到以太网的方法，属于电子信息技术领域。
背景技术：
以太网作为目前应用最广泛的局域网技术，凭借其开放性好、成本低廉、数据传输 率高等诸多优势，在工业自动化和过程控制、家庭智能化领域得到了越来越多的应用。 目前，已经存在的大量的终端，例如单片机系统、嵌入式系统通过以太网连接到国际 互联网上。
随着集成电路技术的发展，片上系统和片上可编程系统已经被大量应用在智能终端
系统之中。片上系统(S0C: System on Chip)指的是在单个芯片上集成一个完整的系统， 将多个IC芯片整合到单一芯片中。随着集成电路技术的进一步发展，Altera和Xilinx 公司将自己生产的可配置CPLD (复杂可编程逻辑器件)、FPGA (现场可编程门阵列)与 可配置处理器内核结合在一起，推出了片上可编程系统(S0PC， System On Programmable Chip)解决方案。可编程片上系统(S0PC)具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升 级，并具备软硬件在系统可编程的功能，正在被广泛应用于智能控制领域。
目前，SOPC系统通常是在FPGA芯片内部硬件实现TCP/IP协议、MAC协议、PHY协议， 或者内部硬件实现TCP/IP协议、MAC协议，外接PHY芯片，或者内部软件实现TCP/IP 协议，硬件实现亂C协议，外接PHY芯片。这种实现过程比较复杂，实现周期比较长， 所以本发明使用韩国Wiznet公司的内部集成TCP/IP协议、MAC协议、PHY协议的网络芯 片——W5100,简化了片上系统的联网设计过程。
DW8051核是Synopsys公司Design Ware库中的一个IP (Intellectual property) 核，指令兼容MCS-51系列单片机，其平均运行速度是普通单片机的3倍。是经过业界验 证的成熟的8位IP核。
串行外设接口 (Serial Peripheral interface)主要用来完成并行总线接口到外部 串行总线接口之间的数据转换。串行外设接口逻辑简单、接口引脚少、编程应用方便， 正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
传统的基于DW8051核的片上可编程系统联网方法通常是，使用硬件描述语言编写复 杂的以太网联网模块。以太网联网模块包括TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/互联网络协议)协议、MAC (Media Access Control,介质访问控制)协议、PHY (Physical Layer,物理层)协议。这种方法编程 实现复杂，开发周期长，不利于产品开发，快速占领市场。
发明内容
针对现有技术比较复杂的缺点，本发明提供一种简单易行的片上可编程系统联接到 以太网的方法。 技术术语说明FPGA芯片现场可编程门阵列。
DW8051核是代码模块，可写入FPGA芯片生成硬件电路。 SFR译码模块特殊功能寄存器译码模块。 SPI模块串行外围接口模块。
一种片上可编程系统连接到以太网的方法，将DW8051核下载到FPGA芯片，形成一 个处理器，该处理器通过SFR总线与SFR译码模块连接，SFR译码模块与SPI模块相连接， SPI模块通过SPI总线与网络芯片进行数据通信，网络芯片通过网络接口传输数据到以太 网或接受来自以太网的数据，从而实现片上可编程系统与以太网的通信。
所述的FPGA芯片是一个现场可编程门阵列，型号为美国ALTERA公司的Cyclone II EP2C20芯片。
所述的DW8051核是代码模块，为美国Synopsys公司Design Ware库中的一个IP核。
所述的SFR译码模块为特殊功能寄存器译码模块，是使用硬件描述语言Verilog HDL 编写代码，然后下载到FPGA芯片中形成的硬件模块，其作用是，把有关数据传递到SPI 模块，或者，接受来自SPI模块的数据，把数据存储到DW8051模块的相应寄存器。
所述的SPI模块是一个串行外围接口模块，是使用硬件描述语言Verilog HDL编写 代码，然后下载到FPGA芯片中形成的硬件模块，其作用是SPI模块将数据送出到SPI总 线，或者，接收SPI总线上的数据。
所述的网络芯片型号为韩国Wiznet公司的W5100芯片。
所述的网络接口型号为常用的以太网接口 RJ45。
DW8051和传统的8051有相同的寻址结构和指令集，但是DW8051与传统的8051单 片机又不完全相同，传统的单片机与外围器件通信是通过四个端口，即PO、 Pl、 P2、 P3， 而DW8051是通过SFR总线与外围器件通信，正是由于这种不同，本发明才提出一种片上 可编程系统连接到以太网的方法。
传统的没有内置SPI接口的单片机与内置SPI接口的芯片进行通信的时候，只需要 使用普通的I/O 口与内置SPI接口的芯片连接，然后用C语言或汇编语言编程模拟SPI 总线的时序，就可以实现单片机没有内置SPI接口的单片机与内置SPI接口的芯片的通 信。本发明针对DW8051核与普通单片机的不同点设计了SFR译码模块和SPI模块，通过 这种设计DW8051核就与FPGA芯片外部的网络芯片在硬件上建立起联系。通过本发明的 这种设计，我们可以把DW8051核当作普通的没有内置SPI接口的单片机，这样就可以使 用C语言或者汇编语言编程模拟SPI总线的时序实现DW8051核与外部网络芯片的通信。
如图1所示，SPI模块需要挂接在DW8051核的SFR总线上，完成外部数据到内部RAM 的SFR寄存器的映射。当需要把有关数据传递到以太网的时候，DW8051通过SFR总线的 地址线(如图2的sfr—addr)将SFR寄存器的地址送出，通过SFR译码模块，产生选通 端(如图3的sfr—cs(9:0))，选择相应的外设接口，同时DW8051把有关数据放在SFR 输出数据总线(如图2的sfr—data—out)上，数据通过如图4的sfr—data—out (7:0)进 入SPI模块，SPI模块将数据送出到SPI总线，网络芯片接收到SPI总线上的数据后，对 数据进行处理，然后送到以太网上；当以太网上有数据要传递给片上可编程系统的时候， 网络芯片接收来自以太网的数据，对数据进行处理，然后把数据放到存储区域，并且通知DW8051核有数据到达；DW8051读取网络芯片的存储区域的时候，数据通过如图4的 spi—miso进入SPI模块，SPI模块将数据送入到SFR译码模块，SFR译码模块会通过SFR 输入数据总线(如图2的sfr_data—in)把数据输入到DW8051的相关SFR寄存器之中。
本发明的优点本发明不需要使用硬件描述语言编写复杂的以太网联网模块，只需 要编写简单的SFR译码模块和SPI模块，硬件实现简单、方便，缩减了产品开发时间。
图l是本发明的系统框图。
图2是写入FPGA芯片的DW8051核的模块图。
图3是特殊功能寄存器译码模块图。
图4是串行外围接口模块图。
其中，1、 FPGA芯片，2、 DW8051核，3、 SFR译码模块，4、 SPI模块，5、网络芯片， 6、网络接口， 7、以太网。
具体实施例方式
实施例
一种片上可编程系统连接到以太网的方法，系统框图如图l所示，将DW8051核2下 载到FPGA芯片1，形成一个处理器，该处理器通过SFR总线与SFR译码模块3连接，SFR 译码模块3与SPI模块4相连接，SPI模块4通过SPI总线与网络芯片5进行数据通信， 网络芯片5通过网络接口 6传输数据到以太网7或接受来自以太网7的数据，从而实现
片上可编程系统与以太网的通信。
所述的FPGA芯片l是一个现场可编程门阵列，型号为美国ALTERA公司的Cyclone II
EP2C20芯片。
所述的DW8051核2是代码模块，为美国Synopsys公司Design Ware库中的一个IP核。
所述的SFR译码模块3为特殊功能寄存器译码模块，是使用硬件描述语言Verilog HDL编写代码，然后下载到FPGA芯片中形成的硬件模块，其作用是，把有关数据传递到 SPI模块，或者，接受来自SPI模块的数据，把数据存储到DW8051模块的相应寄存器。
所述的SPI模块4是一个串行外围接口模块，是使用硬件描述语言Verilog HDL编 写代码，然后下载到FPGA芯片中形成的硬件模块，其作用是SPI模块将数据送出到SPI 总线，或者，接收SPI总线上的数据。
所述的网络芯片5型号为韩国Wiznet公司的W5100芯片。
所述的网络接口 6型号为常用的以太网接口 RJ45。
权利要求
1、一种片上可编程系统连接到以太网的方法，其特征在于，将DW8051核下载到FPGA芯片，形成一个处理器，该处理器通过SFR总线与SFR译码模块连接，SFR译码模块与SPI模块相连接，SPI模块通过SPI总线与网络芯片进行数据通信，网络芯片通过网络接口传输数据到以太网或接受来自以太网的数据，从而实现片上可编程系统与以太网的通信。
2、 如权利要求l所述的一种片上可编程系统连接到以太网的方法，其特征在于，所 述的FPGA芯片是一个现场可编程门阵列，型号为美国ALTERA公司的Cyclone II EP2C20 心片。
3、 如权利要求l所述的一种片上可编程系统连接到以太网的方法，其特征在于，所 述的DW8051核是代码模块，为美国Synopsys公司Design Ware库中的一个IP核。
4、 如权利要求l所述的一种片上可编程系统连接到以太网的方法，其特征在于，所 述的SFR译码模块为特殊功能寄存器译码模块，是使用硬件描述语言Verilog HDL编写 代码，然后下载到FPGA芯片中形成的硬件模块，其作用是，把有关数据传递到SPI模块， 或者，接受来自SPI模块的数据，把数据存储到DW8051模块的相应寄存器。
5、 如权利要求l所述的一种片上可编程系统连接到以太网的方法，其特征在于，所 述的SPI模块是一个串行外围接口模块，是使用硬件描述语言Verilog HDL编写代码， 然后下载到FPGA芯片中形成的硬件模块，其作用是SPI模块将数据送出到SPI总线，或 者，接收SPI总线上的数据。
6、 如权利要求l所述的一种片上可编程系统连接到以太网的方法，其特征在于，所 述的网络芯片型号为韩国Wiznet公司的W5100芯片。
7、 如权利要求l所述的一种片上可编程系统连接到以太网的方法，其特征在于，所 述的网络接口型号为常用的以太网接口 RJ45。
全文摘要
一种片上可编程系统连接到以太网的方法，属于电子信息技术领域。将DW8051核下载到FPGA芯片，形成一个处理器，该处理器通过SFR总线与SFR译码模块连接，SFR译码模块与SPI模块相连接，SPI模块通过SPI总线与网络芯片进行数据通信，网络芯片通过网络接口传输数据到以太网或接受来自以太网的数据。FPGA芯片为美国ALTERA公司的Cyclone II EP2C20芯片，DW8051核是代码模块，SFR译码模块为特殊功能寄存器译码模块，SPI模块是一个串行外围接口模块，网络芯片型号为韩国Wiznet公司的W5100芯片。网络接口型号为常用的以太网接口RJ45。本发明不需要使用硬件描述语言编写复杂的以太网联网模块，硬件实现简单、方便，缩减了产品开发时间。
文档编号H04L29/06GK101651673SQ20091001876
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者仝红红, 楠 岑, 超 徐, 徐加利, 贺 林, 恒 王, 王凤菊, 石祚夫, 全 苗, 袁东风, 贾会超, 斌 魏, 权 黄 申请人:山东大学