TCP/IP通信技术在Xilinx FPGA上的实现
摘 要：研究了TCP/IP通信协议栈在Xilinx 公司现场可编程门阵列FPGA上的实现，介绍了其软硬件的系统组成和原理，提出一种不需操作系统的TCP/IP协议栈的高效工作模式，并在Spartan 3 FPGA上移植成功，通过建立测试平台进行测试，证明其工作方式具有更高的通信性能，为水利水电自动化系统设备开发提供新的思路。
关键词：TCP/IP；通信技术；FPGA；Spartan 3E；IPCore；MicroBlaze
0 前言 由于IEC 61850已成为电力自动化系统及变电站通信网络唯一的国际标准，其成为国家标准已是大势所趋，水利水电行业的自动化及通信网络系统标准必将参照或照搬其标准。IEC 61850推荐在变电站层与间隔层、间隔层与过程层之间均采用以太网通信技术，以保证高速可靠的数据传输。这样以太网和其支撑软件TCP/IP通信协议栈被大量应用在水利水电自动化和通信系统产品中也将成为必然，目前国内主要的水利电力产品开发厂家已或将开始着手研发符合IEC 61850的带双以太网接口的新型水利电力自动化产品。
目前美国Xilinx 公司的现场可编程门阵列FPGA和32位CPU技术已在水利水电自动化产品中得到广泛应用，但各设备之间大量使用的仍然是RS-485或CAN-bus通信总线搭建的通信网络，本文从实际出发，以已在Xilinx FPGA的MicroBlaze IPCore（俗称软32位CPU）搭建的在片系统（System-on-Chip）之上实现的TCP/IP通信协议栈LWIP为例进行说明，详细介绍其软硬件的系统组成和原理，阐述了FPGA的片上系统配置，和其驱动层和协议栈层软件的结构，并给出部分关键源码，使其能部分符合IEC 61850标准，使水利水电行业很快涌现出更多的TCP/IP通信协议栈符合IEC 61850标准的自动化产品，并在实际水利水电工程中得到应用。
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关键词：TCP/IP；通信技术；FPGA；Spartan 3E；IPCore；MicroBlaze
0 前言 由于IEC 61850已成为电力自动化系统及变电站通信网络唯一的国际标准，其成为国家标准已是大势所趋，水利水电行业的自动化及通信网络系统标准必将参照或照搬其标准。IEC 61850推荐在变电站层与间隔层、间隔层与过程层之间均采用以太网通信技术，以保证高速可靠的数据传输。这样以太网和其支撑软件TCP/IP通信协议栈被大量应用在水利水电自动化和通信系统产品中也将成为必然，目前国内主要的水利电力产品开发厂家已或将开始着手研发符合IEC 61850的带双以太网接口的新型水利电力自动化产品。
目前美国Xilinx 公司的现场可编程门阵列FPGA和32位CPU技术已在水利水电自动化产品中得到广泛应用，但各设备之间大量使用的仍然是RS-485或CAN-bus通信总线搭建的通信网络，本文从实际出发，以已在Xilinx FPGA的MicroBlaze IPCore（俗称软32位CPU）搭建的在片系统（System-on-Chip）之上实现的TCP/IP通信协议栈LWIP为例进行说明，详细介绍其软硬件的系统组成和原理，阐述了FPGA的片上系统配置，和其驱动层和协议栈层软件的结构，并给出部分关键源码，使其能部分符合IEC 61850标准，使水利水电行业很快涌现出更多的TCP/IP通信协议栈符合IEC 61850标准的自动化产品，并在实际水利水电工程中得到应用。
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