Labor Embedded Control

TCP/IP-Stack zur ASIC-Synthese

Im Rahmen unserer Forschung zu rekonfigurierbaren Systemen und Netzwerktechnologien wurde ein Prototyp eines TCP/IP-Stack zur Implementation in ASICs entwickelt. Dieser Stack ist direkt synthetisierbar und kann, da er als VHDL-RTL Beschreibung vorliegt, in maskenprogrammierbaren und rekonfigurierbaren ASICs (z.B. FPGA) implementiert werden. Wie in der folgenden Abbildung zu sehen, eignet sich der Stack für unterschiedlichste Einsatzfelder und Systemkonfigurationen.

Typische Einsatzgebiete des Stacks sind

• System-on-Chip Anwendungen

• Kommunikation von ASIC-Designs über TCP/IP

• Kommunikations-Coprozessor für Mikrocontroller

• Integration mit Mikroprozessor IP-Cores

• Smarte Sensoren und Aktoren

Die hohe Modularität des Protokollstacks erlaubt eine optimale Anpassung an die in der Anwendung tatsächlich benötigten Protokolle, physischen Medien und Anzahl der logischen Kommunikationsverbindungen. Wird beispielsweise kein UDP verwendet, so wird das entsprechende Protokollmodul nicht synthetisiert und implementiert. Damit kann der Stack optimal für die jeweiligen Anforderungen und die verfügbare Hardware konfiguriert werden.

Durch die für die Hardware optimierte Implementation des Stacks lassen im Vergleich zu konventionellen Softwarelösungen um mehrere Größenordnungen höhere Datenraten erreichen. Sende- und Empfangskanäle arbeiten full-duplex, die einzelnen Protokolle werden unabhängig voneinander bearbeitet. Die daraus resultierenden Pipeling-Effekte tragen massgeblich zur hohen Geschwindigkeit des Stacks bei.

Da in dieser Lösung die Protokollbehandlung und die Anwendung parallel ausgeführt werden können, wird die erreichte Datenrate nicht von der Anwendung beeinträchtigt. Es lässt sich so ein wesentlich deterministischeres Verhalten des Gesamtsystems erreichen.

Die wesentlichen Komponenten des UDP-Stacks sind fertig implementiert und getestet, weitere werden in Kürze verfügbar sein. Als physiches Kommunikationsmedium wird derzeit RS232 in Verbindung mit SLIP unterstützt, weitere Komponenten sind zur Zeit in Arbeit.