ZYNQ 图像处理之千兆网传（一）【寄存器级操作】

最近在做图像处理和加速，芯片是xilinx 的 zynq xc7z020。需要用到千兆网，由于网上很多都是直接移植lwip,但是个人感觉用着不爽（个人感觉），不能实现随心所欲的控制，代码量又多，所以自己研究了一下，直接操作寄存器，实现千兆网通信。以下是个人的理解及操作，仅供大家参考。

要实现千兆网，在xc7z020需要做到以下几点：

一配置网络寄存器

二配置PYH 芯片

三配置中断寄存器（如果要用中断的话）

四创建Descriptors

以下效果图，可以达到970多Mpbs的速度

一配置网络寄存器

在配置网络寄存器之前，先对控制器进行复位操作，代码如下

//Initialize the Controller
void Initialize_Controller()
{//1. Clear the Network Control register. Write 0x0 to gem.net_ctrl register.Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET,0x00000000);//2. Clear the Statistics registers. Write a 1 to gem.net_ctrl[clear_stat_regs].Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET,XEMACPS_NWCTRL_STATCLR_MASK);//3. Clear the Status registers. Write a 1 to the Status registers. gem.rx_status = 0x0F andgem.tx_status = 0xFF.Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_RXSR_OFFSET,0x0f);Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_TXSR_OFFSET,0xff);//4. Disable all interrupts. Write 0x7FF_FEFF to the gem.intr_dis register.Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_IDR_OFFSET,0x7FFFEFF);//5. Clear the buffer queues. Write 0x0 to the gem.rx_qbar and gem.tx_qbar registers.Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR  + XEMACPS_RXQBASE_OFFSET,0x00000000);Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_TXQBASE_OFFSET,0x00000000);}

接下来寄存器配置

//Configure the Controller
void Configure_Controller()
{unsigned int cfg_value;unsigned int Divisor  = 0x07;//<< XEMACPS_NWCFG_MDC_SHIFT_MASK
//1. Program the Network Configuration register (gem.net_cfg)cfg_value = XEMACPS_NWCFG_FDEN_MASK| XEMACPS_NWCFG_1000_MASK| XEMACPS_NWCFG_LENERRDSCRD_MASK| XEMACPS_NWCFG_RXCHKSUMEN_MASK| XEMACPS_NWCFG_PAUSEEN_MASK| XEMACPS_NWCFG_FCSREM_MASK| XEMACPS_NWCFG_UCASTHASHEN_MASK| (Divisor << XEMACPS_NWCFG_MDC_SHIFT_MASK);Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCFG_OFFSET,cfg_value);xil_printf("cfg_value = %x \r\n",cfg_value);//2. Set the MAC addressXil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR+XEMACPS_LADDR1L_OFFSET,LOCAL_MAC0);Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR+XEMACPS_LADDR1H_OFFSET,LOCAL_MAC1);xil_printf("LADDR1L = %x \r\n",Xil_In32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_LADDR1L_OFFSET));xil_printf("LADDR1H = %x \r\n",Xil_In32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_LADDR1H_OFFSET));//3. Program the DMA Configuration registercfg_value = XEMACPS_DMACR_RXBUF_MASK| XEMACPS_DMACR_RXSIZE_MASK| XEMACPS_DMACR_TXSIZE_MASK| XEMACPS_DMACR_DISC_WHEN_NO_AHB| XEMACPS_DMACR_TCPCKSUM_MASK| XEMACPS_DMACR_ENDIAN_MASK| XEMACPS_DMACR_INCR16_AHB_BURST;xil_printf("cfg_value_dma = %x \r\n",cfg_value);Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_DMACR_OFFSET,cfg_value);//4. Program the Network Control Register (gem.net_ctrl)cfg_value = Xil_In32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET);cfg_value = cfg_value| XEMACPS_NWCTRL_MDEN_MASK;//+ XEMACPS_NWCTRL_TXEN_MASK//+ XEMACPS_NWCTRL_RXEN_MASK;Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET,cfg_value);}

中断寄存器配置

void Configure_Interrupts()
{//Enable interrupts/* Enable TX and RX interrupts */u32 mask = XEMACPS_IXR_TX_ERR_MASK|XEMACPS_IXR_RX_ERR_MASK|XEMACPS_IXR_FRAMERX_MASK|XEMACPS_IXR_TXCOMPL_MASK;Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_IER_OFFSET,mask);}

二配置PYH 芯片

PYH 芯片配置，需要根据芯片的手册，我用的是KSZ9031RNX-EVA，因为代码比较多，这里的代码就不贴了，可以根据你使用的芯片型号，在网上找对应的配置程序。

三配置中断寄存器（如果需要用中断的话）

中断对于嵌入式来说，是一个比较复杂的梗，首先要开启系统级中断（PS中断系统），其次要使能个体中断（eth0中断），这里把代码贴出来，如果用需要用到的朋友可以作为简单的参考。

系统级中断控制代码（PS中断系统）

//定义中断向量表结构体,Handler为函数，Data为函数Handler的参数
typedef struct {Xil_ExceptionHandler Handler;void *Data;
} XExc_VectorTableEntry;
//申明中断向量表
extern XExc_VectorTableEntry XExc_VectorTable[];
// 复位中断
void IntAllDisabled(void)
{/* Remove current CPU from interrupt target register */Xil_Out32(ICDICER0, 0xffffffff);//不使能中断Xil_Out32(ICDICER1, 0xffffffff);//不使能中断Xil_Out32(ICDICER2, 0xffffffff);//不使能中断//disables the distributorXil_Out32(ICDDCR,0x00);}
//分发中断
void DistributorInit(void)
{u32 reg_addr;reg_addr = ICDICFR0;u32  default_priority = 0xa0a0a0a0;//清除触发模式for(char i=0;i<6;i++){reg_addr += i*4;Xil_Out32(reg_addr,0x00000000);}// 设置default 优先级reg_addr = ICDIPR0;for(char i=0;i<24;i++){reg_addr += i*4;Xil_Out32(reg_addr,default_priority);}// enables the distributorXil_Out32(ICDDCR,0x01);}// CPU 中断设置
void CPU_Init(void)
{//中断优先级都是A0,优先级高于F0，CPU可接受这些中断Xil_Out32(ICCPMR,0xF0);//处理器能接收IRQ，使能中断信号连接到处理器Xil_Out32(ICCICR,0x07);
}

个体中断使能（eth0中断）

void Ethernet0_Int_Init(void)
{Xil_Out32(ICDICER1, 0x400000);//不使能 #54Xil_Out32(ICDICFR3, 0x1000);//电平触发Xil_Out32(ICDIPR13, 0xA00000);//优先级A0Xil_Out32(ICDIPTR13,0x010000);//处理器为CPU1Xil_Out32(ICDISER1, 0x400000);//使能 #54}

初始化中断的代码

 void Int_init(void)
{u32 data = 30;Xil_ExceptionInit();XExc_VectorTable[5].Handler =(Xil_ExceptionHandler)InterruptHandler_IRQ;// 中断处理函数XExc_VectorTable[5].Data = data;//initializeIntAllDisabled();DistributorInit();CPU_Init();Ethernet0_Int_Init();xil_printf("begin\r\n");Xil_ExceptionEnable();}

四创建Descriptors

要实现千兆网的收发需要一个叫 Buffer Descriptors List 的东西，在这里暂且把它叫做“缓存描述表”，收发各需要一个。这里只单独讨论发的时候，其实“缓存描述表”可以理解为结构体（本人是按结构体来申请和定义），这个结构体里面包含多个Buffer Descriptors（简称BD）,每个BD包含两个word（word0 和 word1, 一个word = 4bytes）。word0 里存放了一个地址，指向需要发送数据的起始地址。word1是一些状态位。对于更详细的描述，可以看《ug585-Zynq-7000-TRM(Technical Reference Manual).pdf》手册p495的 Rx Buffer描述。

以下是代码

// Descriptor strcut
struct DESC_DEF
{u32 word0;u32 word1;
};// Descriptor List strcut
struct DESC_LIST_DEF
{struct DESC_DEF Descriptor[32];
};struct DESC_LIST_DEF Tx_List __attribute__ ((aligned(64)));void BdBaseAddr(struct DESC_LIST_DEF *p_List)
{p_List->Descriptor[0].word0 = (u32)p_header->eth_remote_mac;// 以太网数据报头p_List->Descriptor[1].word0 = eth0_ctrl.frame_addr[0];// 需要发送的数据的首地址//write gem.tx_qbar registerXil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_TXQBASE_OFFSET,(u32)Tx_List.Descriptor);Xil_DCacheFlushRange((UINTPTR)(u32)p_header->eth_remote_mac, sizeof(struct HEAD_DEF));}void BdSetLength(struct DESC_LIST_DEF *p_List)
{p_List->Descriptor[0].word1 = sizeof(struct HEAD_DEF);//p_header->ip_IHL*5 + 14 + 8;p_List->Descriptor[1].word1 = PAYLOAD_BYTES;}void BdClearTxUsed(struct DESC_LIST_DEF *p_List)
{p_List->Descriptor[0].word1 &=(~XEMACPS_TXBUF_USED_MASK);p_List->Descriptor[1].word1 &=(~XEMACPS_TXBUF_USED_MASK);}void BdSetLast(struct DESC_LIST_DEF *p_List)
{p_List->Descriptor[1].word1 = p_List->Descriptor[1].word1 | XEMACPS_TXBUF_LAST_MASK |XEMACPS_TXBUF_WRAP_MASK;
}

到这里，初始化阶段几乎算是完成了，只是以太网数据报头这些需要自己去组装，这里涉及到以太网的知识，知识点比较多就不一一表述了，大家可以网上查

整体的初始化代码

void eth0_init()
{Initialize_Controller();Configure_Controller();init_phy();Configure_Interrupts();BdBaseAddr(&Tx_List);BdSetLength(&Tx_List);BdSetLast(&Tx_List);}

接下来是发送代码

void Enable_Controller()
{u32 value;//1. Enable the Transmitter. Write a 1 to gem.net_ctrl[tx_en]//2. Enable the Receiver. Write a 1 to gem.net_ctrl[rx_en].value = Xil_In32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET);value = value | XEMACPS_NWCTRL_TXEN_MASK | XEMACPS_NWCTRL_RXEN_MASK;Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET,value);
}void start_trasnission()
{u32 value;value = Xil_In32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET);Xil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_NWCTRL_OFFSET,value |XEMACPS_NWCTRL_STARTTX_MASK);}// 发送一帧图像void Trans_Frames()
{u32 txsr;//u32 *p_dptr;txsr  = Xil_In32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_TXSR_OFFSET);txsr &= XEMACPS_TXSR_TXCOMPL_MASK;if(eth0_ctrl.flg | txsr){eth0_ctrl.flg  = 0;// clear trans compelet bitXil_Out32(XEMACPS_GEM0_BAYSE_ADDR + XEMACPS_TXSR_OFFSET,(txsr & XEMACPS_TXSR_TXCOMPL_MASK));BdClearTxUsed(&Tx_List);u32 value = sizeof(struct DESC_LIST_DEF);Xil_DCacheFlushRange((UINTPTR)Tx_List.Descriptor, value);Enable_Controller();start_trasnission();}}

由于篇幅，里面还有很多知识点没有写，比如以太网数据结构、网络字节序、crc验证等，有需要的朋友可以到网上查询。将来也许我会把这些知识点作为一个系列写出来，不过这是以后的事了。

今天这个只是实现从相机发送数据到PC端，至于从PC端发到相机，留在下一节分享。

由于个人不太爱写注释（很坏很坏的习惯），以上代码注释比较少，可能阅读起来不是很爽，不过好在代码量不是很多，如果此代码有用得上的朋友，若有疑问的地方可以留言，我会尽量回复。

以下效果图，可以达到970多Mpbs的速度

因能力所限，难免有理解不到位之处，欢迎大家批评指正

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ZYNQ 图像处理之千兆网传（一）【寄存器级操作】

要实现千兆网，在xc7z020需要做到以下几点：

一配置网络寄存器

在配置网络寄存器之前，先对控制器进行复位操作，代码如下

接下来寄存器配置

中断寄存器配置

二配置PYH 芯片

PYH 芯片配置，需要根据芯片的手册，我用的是KSZ9031RNX-EVA，因为代码比较多，这里的代码就不贴了，可以根据你使用的芯片型号，在网上找对应的配置程序。

三配置中断寄存器（如果需要用中断的话）

中断对于嵌入式来说，是一个比较复杂的梗，首先要开启系统级中断（PS中断系统），其次要使能个体中断（eth0中断），这里把代码贴出来，如果用需要用到的朋友可以作为简单的参考。

系统级中断控制代码（PS中断系统）

个体中断使能（eth0中断）

初始化中断的代码

四创建Descriptors

以下是代码

到这里，初始化阶段几乎算是完成了，只是以太网数据报头这些需要自己去组装，这里涉及到以太网的知识，知识点比较多就不一一表述了，大家可以网上查

整体的初始化代码

接下来是发送代码

由于篇幅，里面还有很多知识点没有写，比如以太网数据结构、网络字节序、crc验证等，有需要的朋友可以到网上查询。将来也许我会把这些知识点作为一个系列写出来，不过这是以后的事了。

今天这个只是实现从相机发送数据到PC端，至于从PC端发到相机，留在下一节分享。

由于个人不太爱写注释（很坏很坏的习惯），以上代码注释比较少，可能阅读起来不是很爽，不过好在代码量不是很多，如果此代码有用得上的朋友，若有疑问的地方可以留言，我会尽量回复。

以下效果图，可以达到970多Mpbs的速度

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要实现千兆网，在xc7z020需要做到以下几点：

一 配置网络寄存器

在配置网络寄存器之前，先对控制器进行复位操作，代码如下

接下来 寄存器配置

中断寄存器配置

二 配置PYH 芯片

PYH 芯片配置，需要根据芯片的手册，我用的是KSZ9031RNX-EVA，因为代码比较多，这里的代码就不贴了，可以根据你使用的芯片型号，在网上找对应的配置程序。

三 配置中断寄存器（如果需要用中断的话）

中断对于嵌入式来说，是一个比较复杂的梗，首先要开启系统级中断（PS中断系统），其次要使能个体中断（eth0中断），这里把代码贴出来，如果用需要用到的朋友可以作为简单的参考。

系统级中断控制代码（PS中断系统）

个体中断使能（eth0中断）

初始化中断的代码

四 创建Descriptors

以下是代码

到这里，初始化阶段几乎算是完成了，只是以太网数据报头这些需要自己去组装，这里涉及到以太网的知识，知识点比较多就不一一表述了，大家可以网上查

整体的初始化代码

接下来是发送代码

由于篇幅，里面还有很多知识点没有写，比如以太网数据结构、网络字节序、crc验证等，有需要的朋友可以到网上查询。将来也许我会把这些知识点作为一个系列写出来，不过这是以后的事了。

今天这个只是实现从相机发送数据到PC端，至于从PC端发到相机，留在下一节分享。

由于个人不太爱写注释（很坏很坏的习惯），以上代码注释比较少，可能阅读起来不是很爽，不过好在代码量不是很多，如果此代码有用得上的朋友，若有疑问的地方可以留言，我会尽量回复。

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