基于TOE技术的嵌入式以太网接口设计.pdf

·34·工业仪表与自动化装置2011年第6期

基于ToE技术的嵌入式以太网接口设计

王婕，王健

(1．杭州电子科技大学电子信息学院，杭州310018；
2．聚光科技(杭州)股份有限公司，杭州310052)
摘要：为减轻主机CPU对TCP／IP协议栈处理的负担，提高嵌入式系统的性能，该文提出一种
基于TOE(TCP／IPOffloadEngine)技术的嵌入式以太网接口设计。该设计介绍了一种通过硬件来
实现协议栈处理的方法，利用具备协议处理能力的网络控制芯片W5300，在TCP协议的基础上实
现了嵌入式系统的以太网接入。
关键词：TOE；TCP／IP；嵌入式；以太网；W5300
中图分类号：TP336文献标志码：A文章编号：1000—0682(2011)06—0034—03
TheembeddedEthernetinterfacedesignbasedonToEtechnology

WANGJie，WANGJian，。

(1．CollegeofElectronicsInformation，HangzhouDianziUniversity，Hangzhou310018，China；
2．FocusedPhotonicslnc．，Hangzhou310052，China)
Abstract：InordertoreducetheburdenofhostCPUforTCP／IPprotocolstackprocessingandimprove

theperformanceofembeddedsystems，proposedanembeddedEthernetinterfacedesignbasedonTOE
(TCP／1POfioadEngine)technology．Thisdesigndescribesahardwareimplementationoftheprotocol
stackprocessingmethods，usingthenetworkcontrolchipW5300，whichhastheabilityofprotocolprocess—

ing，achievedtheEthernetaccessinembeddedsystemsbasedonTCPprotoco1．
Keywords：TOE；TCP／IP；embedded；Ethernet；W5300

TCP／IP协议栈的处理，将协议处理过程放到高速网
0引言
卡等硬件上完成(包括TCP、IP、UDP和ICMP等子
TCP／IP是一组广泛应用的协议，几乎已经成为网协议的处理)，从而将主机CPU解放出来，既可提高
络通信的标准语言。传统的TCP／IP通信数据的处理，网络传输的速度，又可提高主机CPU的工作
都是由主机CPU通过软件实现。随着高速以太网的发效率。
展，网络带宽的增长速度远远高于CPU处理能力的增实现TOE技术主要有2种方式：一种是采用在
长速度，这需要占用大量CPU资源对协议栈进行处理，网络适配器里嵌入处理器芯片来对TCP／IP进行软
给CPU带来了沉重的负担。对于接人以太网环境的嵌件处理，这种方式虽然易于实现，但在网络性能方面
入式系统，如何利用有限资源，减轻CPU对协议栈处理有一定局限性。根据美国科罗拉多大学进行的实验
的负担，成为一个值得关注的问题。为了解决这个问研究结果表明，这种方式实现的适配器单向带宽不
题，一种称为TCP／IP减负引擎(TCP／IPOffloadEn·超过30MB／s_2J。第二种方式是通过分离元件结构
gine，TOE)的技术应运而生。该文基于TOE技术，提出或专用ASIC芯片对TOE硬件实现。分离元件采用
了一种新的嵌入式系统以太网解决方案，给出了详细电路板构建，修改灵活，方便升级改进。专用ASIC
的硬件接口设计和软件框架设计。芯片是将协议的处理功能集成到定制的芯片中，其
在性能上比分离元件实现的方式有所提高，但缺点
1TOE技术介绍
是可编程能力、扩展性和灵活性比较差。后来又
TCWIP协议卸载的基本思想是分担CPU对出现了可配置的ASIC方案，即FPGA固件方案，此
方案能在保证性能的前提下提高灵活性，但其缺点
收稿日期：2011—07—09
作者简介：王婕(1987)，女，四川资阳人，杭州电子科技大学硕是若不进行规模化生产，硬件开发和初始应用成
士研究生，主要研究方向为嵌入式系统。本较高。
2011年第6期工业仪表与自动化装置·35·

为了在嵌入式系统中实现TOE技术，该文提出理如下：FPGA将采集到的光电转换器(PIN)的电信
了通过网络控制芯片W5300，硬件实现TCP／IP协号传输至DSP，DSP再通过以太网实时传至控制中
议栈的处理，从而减轻了主机CPU对通信协议处理心进行数据分析，控