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目前,IP电视、视频流以及网络游戏等多媒体业务逐步成为关注的焦点。然而高清晰度的交互视频是带宽的巨大消耗者,对数据传输带宽的要求迅速增加,进一步提升接入带宽已经迫在眉睫。同时,系统设备不断向小型化、集成化、网络化发展。FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)产品设计完善,可以直接编程。FPGA还具备可定制的灵活性,避免了较高的NRE(Non Recurring Engineering,不可回收)成本。而且FPGA厂商提供了丰富、成熟的IP(Intellectual Property,知识产权)核。这些都使得基于SOPC(System On a Programmable Chip,可编程片上系统)的嵌入式开发逐渐成为新技术发展的最前沿。 嵌入式系统与TCP/IP协议栈的结合是嵌入式系统接入网络的基础,本文通过使用Xilinx自带的嵌入式操作系统Xilkernel和LwIP(Light-weight internet protocol,轻型因特网协议)协议栈对嵌入式系统的网络连接进行了分析和实现。Xikernel是Xilinx提供的用于EDK系统的小型、模块化的嵌入式操作系统内核,具有开源,内核简单高效,实时性好的优点。LwIP是一个比较完备的嵌入式TCP/IP协议栈,具有开源、易移植的优点。通过在Xilkernel上移植LwIP,实现嵌入式系统的网络连接。 本研究采用业界最新的Xilinx公司生产的65ns工艺级别的Virtex-5 LXT FPGA高级开发平台,满足了对于建造具有更高性能、更高密度、更低功耗和更低成本的可编程片上系统的需求。本文使用软硬件协同设计的方法提出了一个可行的基于SOPC的全定制的千兆以太网卡的设计方案,并在Xilinx最新的65nm FPGA Virtex-5 LXT上实现了该嵌入式系统。 本文所做的工作有:在系统实现的过程中,详细介绍了SOPC嵌入式系统的硬件设计方法和软件开发流程;重点阐述了全定制EMAC(Ethernet MAC,以太网媒体接入控制器)IP核的设计和针对应用而创建的可编程片上系统的层次结构和设计过程,给出了该嵌入式系统的实现方法;同时论文还介绍了实时操作系统Xilkernel的特点及它在MicroBlaze上的移植,研究了实时操作系统下的软件开发方法和流程。通过硬件设计和软件编程,最终构建了满足设计需求的SOPC嵌入式系统。