摘要：該文介紹了ZedBoard平臺下可編程邏輯端SPI接口和ARM處理器端以太網遠端傳輸的設計。結合實例闡述了可編程邏輯端SPI接口設計和Linux下IP驅動生成，以及采用UDP/IP協議實現以太網傳輸的技術。實驗結果證明了該系統能夠精確地完成實時數據傳輸。

隨著嵌入式技術和市場需求的不斷發展，嵌入式設備之間進行信息交互以及數據遠端傳輸成為嵌 入式系統的一個重要的環節。在嵌入式應用中以太網是解決遠端傳輸高效可行的技術，如進行遠端監 控、控制和遠端異常檢測，可節省大量的人力和財力［１］ 。如今，硬件設備間的通信通常采用WISHBONE 總線協議、I2C總線協議、UART協議等。SPI是串行外圍接口協議，相比其他協議具有傳輸速度快、應用 簡單和占用引腳資源少等優點［２］ 。本文利用全可編程片上系統特性實現了一種基于ZedBoard的SPI接口及以太網遠端傳輸的設計方案，完成Linux下硬件設備間應用SPI協議通信和數據的遠端傳輸功能，采用ＰＬ端制定接口控制模塊SPI IP核并且編寫Linux下IP核驅動的方法實現接口控制，Linux系統下UDP/IP協議進行以太網遠端傳輸。同時充分利用了ZedBoard平臺主芯片Zynq-7000雙核Cortex A9 ARM核和可編程邏輯于一體的特性，為軟硬件設計提供了很強的靈活性。
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１ 系統總體設計

本設計的主控板為ZedBoard開發板，主芯片Zynq-7000結合高性能雙核ARM Cortex A9ＭＰ Core處理系統和可編程邏輯于一體。系統主要功能是：可編程邏輯端通過SPI協議實現硬件設備間的通信，通過Pmod口實現硬件設備的物理連接，接收的數據再采用Linux系統下UDP/IP協議實現以太網遠端傳輸。系統框圖如圖1所示。

圖１ 系統框圖

１.１ 硬件設計
１.１.１ SPI硬件接口
通過ZedBoard上的Pmod接口實現硬件的物理連接，ZedBoard上的４個Pmod接口（JA、JB、JC、JD）支持LVCMOS3.3V和LVTTL3.3V信號，其中的２個（JC、JD）能夠支持525Ｍｂ/ｓ的LVDS信號。為了避免短路電流和靜電，Pmod接口電路設計中為每個信號口增加了１個靜電保護二極管和串接了１個 200Ω的電阻［３］ 。Pmod接口電路設計如圖２所示。其中SPI協議傳輸只用到Pmod的４個引腳，SPI的４個信號線SS、MOSI、MISO、SCK分別連接到Pmod的JA1、JA2、JA3、JA4。

圖２ Ｐｍｏｄ接口電路

１.１.２ 硬件配置
Xilinx可編程嵌入式系統工程在Xilinx公司的嵌入式開發套件（Embedded Development Kit,EDK） 環境實現，Xilinx EDK具有完成嵌入式系統設計的一套工具和硬件配置需要的IP核 ［４］ 。EDK環境下硬 件結構設計的主要工具是Xilinx開發平臺（Xilinx Platform Studio，XPS），硬件設計步驟如下：
（１）設置新工程路徑；
（２）用IPCatalog中的IP或自定義IP配置外設；
（３）建立UCF文件；
（４）bits流生成；
（５）下載bit流到FPGA中。

本設計中添加一個AXI4-Lite總線設備SPI模塊來控制Pmod接口實現硬件設備之間通信，其中 AXI4-Lite全局時鐘ACLK設置為100ＭHz。SPI模塊分配的物理地址為0x42020000,以及64K小的空間，SPI配置信息，如圖３所示

圖３ ＳＰＩ模塊物理地址及大小

１.２ 軟件設計
軟件設計包含Linux下SPI核驅動和Linux下UDP/IP以太網傳輸應用程序兩部分。SPI核驅動在軟件設計包含Linux下SPI核驅動和Linux下UDP/IP以太網傳輸應用程序兩部分。SPI核驅動在虛擬機中Ubuntu下交叉編譯完成，傳輸應用程序在EDK開發套件中的軟件開發環境下完成。

１.２.１ SPI核驅動
由于遠端傳輸由在Linux系統下UDP/IP協議實現的，因此，編寫Linux下的IP驅動，應用程序就可以通過Linux的標準接口訪問SPI設備。本設計編寫的是MISC型設備驅動程序，包含設備加載、設備卸載以及文件操作函數。