介绍一个高性能16串口转以太网模块（FPGA+W5500）

发表于 2014/12/8 17:37:11 阅读（2292）

该网络转多串口模块可方便地实现网络设备与多个串口设备之间数据的透
明传输。

这个方案采用的是FPGA+W5500。串口部分利用串口数据收发硬件加速器，充分利用Buff及FiFO资源，从而极大程度上的提高了16串口的数据调度能力。与此同时，网络部分采用ToE技术的W5500，从而极大程度上的降低了系统中断及数据收发资源损耗，节省系统资源。使得网络吞吐表现力非常突出。

简而言之，这个方案很好的结合了这两项技术，无论是串口还是网口的性能都得以最大化的体现。为客户提供了一个高效的多串口转网络方案。16串口转以太网应用有：工业控制，现场采集，安防门禁，机房监控。

相比市面上其它网络转串口模块（或串口服务器），具有如下显著优势：

1.支持串口数量多，超高性价比。
支持串口数最多达16 路，支持RS232/TTL 接口电平切换，串口速率最高达
921600bps。目前市面上相关产产品支持串口数量较少，且单个串口速率较低，
类似支持16 路串口的产品售价至少在2000 元以上；

2.高性能。
系统方案采用FPGA+全硬件TCP/IP 协议栈芯片，高性能体现在网络传输速度
和串口数据转发两方面。
1）FPGA 内部采用自定义硬件加速器实现以太网数据的高速收发，W5500
芯片SPI 接口时钟高达60MHz。采用IPOP 4.1 网络测试软件对该模块进行网络传
输性能测试结果：
TCP 发送性能：≥ 38Mbps；
UDP 发送性能：≥ 30Mbps；
注：上述测试基于IPOP 4.1 网卡流量部分接收速率平均值统计，其中包括协
议握手数据，实际有用数据稍低于测试结果。

2）FPGA 内部采用纯硬件逻辑实现所有串口数据的高速处理和转发。
采用FPGA 方案，保证极短的数据处理和交换（仅为若干个时钟周期）延时，
采用的先进技术包括：
 ■高性能数据处理交换矩阵；
 实时硬中断响应处理。16 个串口数据接收通道均采用硬中断处理。注：这些
中断为系统内部处理单元使用，并不对用户可见；
 ■可编程数据上传时间间隔。满足用户对实时性的各种不同要求。

3.使用简单，高度可编程的系统工作方式。
1）采用极其简单的数据封装指令，即可实现以太网和16 路串口之间数据的
透明传输，避免了传统以太网串口服务器在操作系统下虚拟出多个串口可能导致
软件工作不稳定、需要多线程编程等问题。用户只需使用我们提供的简单指令进
行简单的单线程编程即可实现多达16 个串口设备的高效控制。；
2）采用极其简单的系统参数配置指令，即可实现包括网络协议、网络参数、
串口格式、传输时间间隔等各种系统工作参数配置，并且支持配置参数的外部
EEPROM 固化及上电加载，满足您的系统对速度、延时、可靠性等各方面要求；

模块性能参数：
1.以太网
1）接口：RJ45，10/100M 自适应；
2）网络传输性能：≥ 30Mbps；
2.串口：
1）数量：16 个；
2）接口：40 针IDE 插座，TTL/RS232 可切换；
3）串口数据格式
波特率：支持611bps～921600bps 之间的任意波特率设置；
 数据位：5/6/7/8位软件可配置；
 奇偶校验位：None/Even/Odd软件可配置；
 停止位：1/2位软件可配置。
3.工作参数设置包括：
1）网络连接方式：TCP Server、TCP Client、UDP；
2）模块IP 地址和端口、远端IP 地址和端口、网关、子网掩码；
3）网络发送时间间隔设置：≤65 秒；
4）串口数据格式配置，包括波特率、数据位、奇偶校验位、停止位。
5）串口数据上传时间间隔设置：≤100 秒；
6）参数固化方式：EEPROM。
4.供电方式
外接电源或USB 总线供电（+5V 直流电源，跳线设置默认为USB 总线供电）.
5.支持热插拔；