本篇博文將為您詳解如下所述設(shè)計創(chuàng)建步驟：

在 Vivado 中構(gòu)建基于 Versal 的 IP 集成器 （IP integrator） 設(shè)計

創(chuàng)建器件鏡像

在 Vitis 中構(gòu)建平臺和系統(tǒng)工程

在 VCK190 評估板上運(yùn)行和調(diào)試應(yīng)用

Versal上的PS-GEM

千兆以太網(wǎng) MAC （GEM） 可提供符合 IEEE 802.3-2016 標(biāo)準(zhǔn)的硬核 10/100/1000 Mbps 接口。

在 PS 低功耗域 （LPD） 中有 2 個 GEM 控制器。

每個控制器均獨(dú)立運(yùn)行，且各含 1 個管理數(shù)據(jù)輸入/輸出 （MDIO） 接口以供其外部 PHY 配合 RGMII 接口使用。

GEM 包含下列組件：

1 個 MAC 用于控制傳輸、接收、地址檢查和環(huán)回

配置寄存器，可提供控制和狀態(tài)寄存器、統(tǒng)計數(shù)據(jù)寄存器和同步邏輯

1 個直接內(nèi)存訪問 （Direct Memory Access） 模塊，用于控制 DMA 傳輸和 DMA 接收

1 個時間戳單元 （TSU），用于計算 IEEE 1588 定時器值，其中包含實時時鐘

在無需 DMA 操作的系統(tǒng)應(yīng)用中，可使用配置選項移除 DMA 模塊，并且可使用外部 FIFO 接口將 GEM 集成到 SoC 環(huán)境中。

GEM 塊包含以下信號接口：

連接到外部 PHY 的 GMII 和 RGMII

1 個用于外部 PHY 管理的 MDIO 接口

1 個 APB 從接口，用于訪問 GEM 寄存器

1 個用于內(nèi)存訪問的 AXI4 DMA 主接口

無需 DMA 功能的應(yīng)用內(nèi)包含 1 個可選 FIFO 接口

1 個可選時間戳接口

I/O 選項包括：

布線到 LPD MIO 管腳的 RGMII （v2.0），用于連接到外部 PHY

GMII 和 MII 布線到 PL，以便映射到 GT 或（可選）可借助 PL 邏輯來轉(zhuǎn)換為其它協(xié)議

每個控制器內(nèi)的診斷內(nèi)部環(huán)回

注：Versal 中不支持內(nèi)部 SERDES 接口 （SGMII）。在 MPSoC 器件中支持此類接口。

在 VCK190 器件上，GEM0 和 GEM1 均硬連線到板上的 2 個外部 RGMII PHY。

有 2 個 RJ45 端口，分別用于 GEM0 和 GEM1。如要測試 GEM1 RGMII 端口，請確保 GEM0 RGMII 端口同樣通過電纜連接，因為此端口使用共享 MDIO 線（使用 GEM0 MDIO 作為主接口）。

請參閱以下 VCK190 截屏。在右上角有 2 個 RJ45 端口用于 Versal 以太網(wǎng)。

在 Vivado 中創(chuàng)建 IP integrator 設(shè)計

請下載隨附的 Tcl 文件并遵循以下步驟進(jìn)行操作。

1. 在 Vivado 2019.2 中基于 VCK190 評估板創(chuàng)建工程。

2. 創(chuàng)建塊設(shè)計。

3. 找到 vck190_1g.tcl。以下是 IP integrator 畫布中的原理圖。

4. 生成 HDL 封裝文件。

5. 單擊“運(yùn)行實現(xiàn) （Run Implementation）”和“生成器件鏡像 （Generate Device Image）”。

6. 導(dǎo)出包含器件鏡像的硬件設(shè)計。

注：單獨(dú)使用“運(yùn)行塊自動化設(shè)置功能 （run block automation）”時，CIP 與 NoC 之間部分連接缺失。隨附的 Tcl 文件可用于確保 CIP 和 NoC 中配置設(shè)置正確。

在 Vitis 中構(gòu)建并運(yùn)行 LwIP 應(yīng)用

我們已構(gòu)建了 IP integrator 設(shè)計并已導(dǎo)出了含器件鏡像的硬件設(shè)計?，F(xiàn)在，我們將在 Vitis 中創(chuàng)建 lwIP 示例，并在 VCK190 評估板上運(yùn)行。

1. 啟動 Vitis。

2. 使用來自以上設(shè)計的 XSA 文件創(chuàng)建應(yīng)用工程。

3. 從 SDK 中選擇“l(fā)wIP 響應(yīng)服務(wù)器 （lwIP Echo Server）”。

4. 在 SDK 中構(gòu)建平臺和系統(tǒng)工程。選中 lwIP 響應(yīng)服務(wù)器應(yīng)用時，會自動設(shè)置 lwIP 庫的 BSP 設(shè)置。用戶還可以選擇僅創(chuàng)建并構(gòu)建平臺工程，但這樣需手動設(shè)置 BSP 設(shè)置。

5. 在 VCK190 開發(fā)板上運(yùn)行 lwIP 示例。以下即 UART 控制臺輸出：

6. 以下是 ping 測試輸出：

要切換到 GEM1 RJ45 以便進(jìn)行測試，用戶應(yīng)使用 XPAR_XEMACPS_1_BASEADDR 修改 platform_config.h。

可在 BSP 的 xparameters.h 中找到以太網(wǎng)定義。請參閱以下示例

在 platform_config.h 中，更改以下定義：

將此定義更新為：

#define PLATFORM_EMAC_BASEADDRXPAR_XEMACPS_1_BASEADDR

現(xiàn)在，您可重新構(gòu)建應(yīng)用并重新運(yùn)行測試。

LwIP性能

以下是 lwIP 響應(yīng)服務(wù)器應(yīng)用的 BSP 設(shè)置。

PARAMETER dhcp_does_arp_check = true

PARAMETER lwip_dhcp = true

PARAMETER pbuf_pool_size = 2048

對于 lwIP TCP/UDP 性能服務(wù)器，默認(rèn)將設(shè)置下列參數(shù)。

PARAMETER mem_size = 524288

PARAMETER memp_n_pbuf = 1024

PARAMETER n_tx_descriptors = 512

PARAMETER pbuf_pool_size = 16384

這些 lwIP 參數(shù)對于性能調(diào)優(yōu)至關(guān)重要。

用戶應(yīng)參閱 lwIP 文檔中的“配置內(nèi)存選項”、“配置封裝緩存 （Pbuf） 內(nèi)存選項”和“TEMAC 適配器選項”部分，以了解有關(guān)各參數(shù)的更多信息。

https://china.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug1137-zynq-ultrascale-mpsoc-swdev.pdf

這些參數(shù)可控制所分配和使用的內(nèi)存量以及 Pbuf 和描述符數(shù)量。

如果系統(tǒng)受到限制，無法處理這些包，則 BD 和 Pbuf 將被快速用盡，且無法根據(jù)要求快速清空以供使用。由此導(dǎo)致性能受到影響。

但我們還應(yīng)平衡可使用的內(nèi)存量，以便在用于性能基準(zhǔn)測試的評估板上將這些參數(shù)調(diào)整為適合 1Gbps 的最優(yōu)值。您可以此為參考，根據(jù)自己的要求來對這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)。
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