技术领域
[0001] 本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及基于FPGA实现12路千兆以太网的通信系统。
相关背景技术
[0002] 同时随着电子技术的发展，系统设备正向小型化、集成化、网络化发展，FPGA以其高密度、大容量、低成本和微功耗等特点，被广泛的应用于各种电子系统的设计和开发中，
面向各种技术的应用也越来越广泛，同时能实现一般单片机功能，通过FPGA内部逻辑功能
连接可以使整体获得优异的性能，并大大减少PCB设计工作。目前,在FPGA中嵌入了许多专
用功能的IP Core，还增加了许多硬件核，如存储器、时钟管理和算法功能，设甚至包括了
DSP核和嵌入式处理器核等，既能在FPGA中进行DSP和嵌入式处理等关键领域的开发，似的
FPGA可实现的功能越来越强，比如世界第一大FPGA生产厂商Xilinx公司推出的最新旗舰
Zynq‑7000系列甚至将业界标准ARM双核Cortex‑A9 MP Core处理系统嵌入到了可编程芯片
中，不但能够实现FPGA的高度的高度灵活性和可扩展性，目前我们采用的电路方案主芯片
属于Zynq‑7000系列；但是目前市面上面的千兆以太网产品都是基于专用交换路由芯片，在
数据处理上面和实效性上面有局限性。
实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供基于FPGA实现12路千兆以太网的通信系统，包括FPGA芯片、千兆以太网模块、内存模块、可变速率采样A/D转换单元，所述
千兆以太网模块、内存模块、可变速率采样A/D转换单元均与所述FPGA芯片连接；
[0004] 所述千兆以太网模块包括千兆以太网接口、PHY芯片，所述千兆以太网接口与所述PHY芯片连接，所述PHY芯片与所述FPGA芯片连接，所述千兆以太网模块共有12个。
[0005] 优选的，还包括扩展I/O接口，所述扩展I/O接口与所述FPGA芯片连接。
[0006] 优选的，还包括看门狗电路，所述看门狗电路与所述FPGA芯片连接。
[0007] 优选的，还包括Flash芯片，所述Flash芯片与所述FPGA芯片连接。
[0008] 优选的，还包括系统时钟电路，所述系统时钟电路与所述FPGA芯片连接。
[0009] 优选的，还包括复位电路，所述复位电路与所述FPGA芯片连接。
[0010] 优选的，述FPGA芯片与可变速率采样A/D转换单元通过LVDS接口连接。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：
[0012] 本实用新型可以支持多种协议通讯，且数据传输效率高，实时性强，误码率低，配置简单，能够支持任意一种工业以太网协议的硬件程序，配置文件改写简单，开发成本低，
编码量小，能够有效地减少组件数量，降低成本和功耗，且FPGA的使用寿命长，短期内难以
被淘汰。
具体实施方式
[0014] 下面结合本实用新型的附图1，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基
于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所
有其他实施。
[0015] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解
为对本实用新型的限制。
[0016] 如图1所示，基于FPGA实现12路千兆以太网的通信系统，包括FPGA芯片、千兆以太网模块、内存模块、可变速率采样A/D转换单元，所述千兆以太网模块、内存模块、可变速率
采样A/D转换单元均与所述FPGA芯片连接；
[0017] 所述千兆以太网模块包括千兆以太网接口、PHY芯片，所述千兆以太网接口与所述PHY芯片连接，所述PHY芯片与所述FPGA芯片连接，所述千兆以太网模块共有12个。
[0018] 进一步的，还包括扩展I/O接口，所述扩展I/O接口与所述FPGA芯片连接。
[0019] 进一步的，还包括看门狗电路，所述看门狗电路与所述FPGA芯片连接。
[0020] 进一步的，还包括Flash芯片，所述Flash芯片与所述FPGA芯片连接。
[0021] 进一步的，还包括系统时钟电路，所述系统时钟电路与所述FPGA芯片连接。
[0022] 进一步的，还包括复位电路，所述复位电路与所述FPGA芯片连接。
[0023] 进一步的，述FPGA芯片与可变速率采样A/D转换单元通过LVDS接口连接。
[0024] FPGA采用Xilinx XC7Z045‑2FFG900I为主芯片，千兆以太网芯片采用MARVELL 88E1512。电路上面还集成了内存芯片DDR3 MT41K256M16HA‑107IT，Flash芯片
MT25QL256ABA1EW7‑0SIT；FPGA与千兆以太网之间采用RGMII接口，支持10/100/1000M自适
应，支持交换功能，路由管理功能。支持TCP、UDP协议；支持IPV4、IPV6，主要用于通信、组网
等。
[0025] FPGA千兆以太网技术，在大吞吐数据传输通道、实时数据服务和实时信号处理等方面都有广泛的应用场景和潜在的经济价值，也更进一步的对千兆以太网在嵌入式中的应
用都具有很好的推进作用和实际意义，采用FPGA+千兆以太网PHY芯片电路方案，可以高效
的实现数据传输效率，通过硬核的处理方式提高数据的实时性，降低误码率；在任何时候只
需要构造一个电路板和能支持任一种工业以太网协议的硬件程序。如果要使用不同的协议
或是用户改变执行命令，只需花费几秒钟根据具体需要改写FPGA的配置文件。这种多协议
方法大大降低了开发成本，减小编码量，FPGA与PHY结合使用时，可以完成所有以太网接口
的功能。PHY和电路板中的物理层接口，数据链路层硬件功能可由FPGA硬件配置程序来实
现；FPGA逻辑电路是可编程的，扩展I/O接口支持多种协议，在现有的应用处理器和FPGA之
间很容易实现通信信道。一般现有的处理器接口或系统都可以与FPGA通信，由于FPGA硬件
是可编程的，这样做的好处在于它可以减少组件数量，降低成本和功率消耗，此外，FPGA的
使用周期长，所以这种设计不会很快被淘汰；
[0026] 扩展I/O接口包括48针IDC插座，48针高速接插件与FPGA的48个用户I/O连接，可以作为普通I/O、RS232、RS485LVDS等通用接口与其他装置连接；而且可配置性好，使用灵活方
便，适应各种工作环境；看门狗电路用于定期的查看芯片内部的情况，一旦发生错误就向芯
片发出重启信号，防止程序出错后的自复位、自恢复功能。
