فاطمه بابائي روچي

Design an‎d Implementation of Ethernet based on ENC424J600 Chip on FPGA

در سال‌هاي اخير، توسعه‌ي سامانه‌هاي ديجيتال مبتني بر FPGA با قابليت تبادل داده از طريق شبكه‌هاي محلي (LAN) و اينترنت، اهميت ويژه‌اي يافته است. از آنجا كه پياده‌سازي مستقيم پروتكل اترنت در FPGA به دليل پيچيدگي لايه‌هاي شبكه و محدوديت منابع منطقي دشوار است، استفاده از تراشه‌هاي رابط سخت‌افزاري اترنت نظير ENC424J600 به عنوان كنترلر شبكه، راهكاري بهينه براي برقراري ارتباط ميان FPGA و شبكه اترنت به شمار مي‌رود. در اين پژوهش، با هدف ايجاد ارتباط اترنت بر روي FPGA، سيستم ارتباطي مبتني بر تراشه ENC424J600 طراحي و پياده‌سازي گرديد. ارتباط بين FPGA و اين تراشه از طريق رابط سريال SPI برقرار شده است، به طوري كه FPGA وظيفه‌ي مديريت تبادل داده، تنظيم رجيسترها و ارسال فرمان‌هاي كنترلي به تراشه را بر عهده دارد. تراشه ENC424J600 نيز با فراهم‌سازي لايه فيزيكي (Physical Layer) و لايه پيوند داده (Data Link Layer) در مدل مرجع OSI، داده‌ها را در قالب بسته‌هاي اترنت روي شبكه منتقل مي‌كند. در فصل نخست، مفاهيم پايه‌اي شبكه‌هاي اترنت و ساختار مدل OSI مورد بررسي قرار گرفته و جايگاه تراشه ENC424J600 در اين مدل تبيين شده است. در فصل دوم، ساختار داخلي تراشه شامل رجيسترهاي SFR، حافظه بافر SRAM، اشاره‌گرهاي خواندن و نوشتن (RX و TX Pointers) و روش‌هاي آدرس‌دهي Banked و Unbanked به تفصيل تحليل شده است. در فصل سوم، پروتكل SPI به عنوان رابط ارتباطي ميان FPGA و تراشه معرفي و طراحي ماژول SPI به‌منظور مديريت سيگنال‌هاي MOSI، MISO، SCK و CS تشريح گرديده است. در فصل چهارم نيز روتين‌هاي اصلي كنترل تراشه شامل مقداردهي اوليه (Initialization)، تنظيمات PHY و MAC، ارسال (Transmission) و دريافت داده (Receive) به صورت گام‌به‌گام پياده‌سازي و تحليل شده‌اند. نتايج حاصل از پياده‌سازي عملي نشان داد كه سيستم طراحي‌شده توانايي برقراري ارتباط پايدار اترنت از طريق رابط SPI را داراست. اين سيستم قادر است بسته‌هاي داده را با ساختار صحيح ارسال و دريافت كرده و در لايه اترنت از مدل OSI عملكردي دقيق و مطمئن ارائه دهد. طراحي انجام‌شده مي‌تواند به عنوان الگويي براي توسعه‌ي سيستم‌هاي توزيع‌شده، پردازنده‌هاي ارتباطي مبتني بر FPGA و سامانه‌هاي كنترل صنعتي تحت شبكه مورد استفاده قرار گيرد.

FPGA , اترنت , تراشه ENC424J600 , رابط SPI , لايه فيزيكي , مدل مرجع , ماژول سخت افزاري اترنت , روتين هاي ارتباطي