2 硬件总体设计 　　

硬件总体框架如上图，主控制器FPGA选用altera公司高性价比芯片EP2C20F256C6N。系统工作频率为100M。图像传感器的数据首先在FIFO里缓冲后暂存于SDRAM，在网络空闲时将暂存的图像数据经FIFO2缓冲后送MAC芯片，再发送到网络上。

 CMOS芯片选用Micron Technology的MT9P031，在500万像素的满分辨率下最高可输出14帧的图像数据。 SDRAM选用W982516BH-75，容量为32Mbytes,g与FPGA内部FIFO结合可设计为32Mbytes的大容量循环缓存，在图像分辨率为300万像素时可缓存10帧以上图像数据。千兆网接口MAC芯片选用AX88180，物理层芯片选用88E1111，再通过网络变压器及RJ45用六类网线与计算机千兆网卡相连。

3 千兆网接口设计 　　

AX88180是亚信公司推出的一款高性能低成本的Non-PCI千兆以太网控制器,适用于多种需要高速接入网络的嵌入式系统,如消费电子和家庭网络等。AX88180内置10/100/1000 Mb/s以太网媒体存取控制器（MAC）,符合IEEE 802.3/IEEE 802.3u/IEEE 802.3ab协议,可与一般16/32位微控制器连接,其操作与SRAM相同。AX88180内置10/100/1000 Mb/s以太网媒体存取控制器（MAC）,与PHY之间采用RGMII接口;内置主机接口控制器,可以与16/32位主机方便连接寻址方式与SRAM相同;内置40 KB SRAM网络封包缓存器,其中32 KB用于从PHY接收数据包,KB用于主机发送数据包到PHY,可以用高效方式进行封包的存储、检索与修改;内置256字节的配置寄存器,用于主机控制和参数设置;内置EEP-ROM接口;内置IP/TCP/UDP 校验和大大减小微控制器的运算负载,改善传输反应时间。图2为AX88180及PHY芯片88E1111的连接图。

3.1 千兆网接口初始化 　　

对千兆网接口的初始非常重要，如果初始化不正确，系统将无法正常工作。对接口的初始化主要包括对AX88180和88E1111的初始化。

代码用verilog语言完成。具体代码可参考亚信公司的驱动程序代码，应注意初始化时需要加入一些固定的延时以确定芯片正常工作。

3.2 图像数据的封包 　　

当图像的分辨率为2048×1536时，一个UDP数据包包含1024字节的图像数据和两个bytes图像行编号。当计算机收到数据包时，根据图像行编号信息放入对应的内存中，可以很方便的组合成一副完整的图像。并且，采用行编号的形式，还可防止某一两个数据包丢失后导致整副图像都无法显示的问题。以下这FPGA写入AX88180的UDP包头代码。

case（param_num） 　　‘d0: w_dd <= ‘hFFFF;//目的MAC地址（广播地址），写三次 　　‘d3: w_dd <= ‘h1111;//源MAC地址，均为0x1111,写三次 　　‘d6: w_dd <= ‘h0008;//协议号 　　‘d7: w_dd <= ‘h0045;//固定数据VIP4, 　　‘d8: w_dd <= ‘h1E04;//IP包总长度1026+28,并且高低8位交换 　　‘d9: w_dd <= ‘h0;//ID号,始终为０ 　　‘d10:w_dd <= ‘h0;//fragment offset始终为０; 　　‘d11:w_dd <= ‘h1140;//生存期和协议号,固定 　　‘d12:w_dd <= ‘h0;//ＩＰ校验和，由MAC芯片自动生成 　　‘d13:w_dd <= ‘hA8C0;//源IP，固定为192.168.1.204 　　‘d14:w_dd <= ‘hCC01; 　　‘d15:w_dd <= ‘hFFFF;//目的IP，任意 　　‘d16:w_dd <= ‘hFFFF; 　　‘d17:w_dd <= ‘h7017;//源端口，固定为6000 　　‘d18:w_dd <= ‘h7017;/⁄目的端口，固定为6000 　　‘d19:w_dd <= ‘h0A04;//UDP数据长度 　　‘d20:w_dd <= ‘h0;////校验和由AX88180自动生成 　　‘d21:w_dd <= row_num;//图像行信息从０开开始 　　default:w_dd <= w_dd; 　　endcase 　　3.3 应用程序设计 　　由于大量数据在网络上传输，用SOCKET的方式来获图像数据包已经比较困难，丢包率会比较高。采用Winpcap来捕获网络上的数据包，可有效的减少丢包率。用Winpcap编写程序需要安装开发包及驱动程序。

第一步，指定要通信的网卡设备并打开。

BOOL InitWpcap（）｛ 　　pcap_if_t＊ alldevs; 　　pcap_if_t＊ d; 　　char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE]; 　　if（pcap_findalldevs（&alldevs, errbuf） == -1）｛ 　　AfxMessageBox（“Error in pcap_findalldevs”）; 　　return FALSE; ｝ 　　/⁄枚举网卡然后添加到用户选择的ComboBox中,代码省略 　　char ＊filter = "port 6000";//只接收端口6000的数据 　　bpf_u_int32 NetMask = 0xFFFFFF; 　　struct bpf_program fcode; 　　if（pcap_compile（m_pcap, &fcode, filter, 1, NetMask） < 0）｛ 　　AfxMessageBox（"nError compiling filter: wrong syntax"）; 　　pcap_close（m_pcap）; return FALSE; ｝ 　　if（pcap_setfilter（m_pcap, &fcode）<0）｛ 　　AfxMessageBox（"nError setting the filtern"）; 　　pcap_close（m_pcap）; return FALSE; ｝ 　　pcap_freealldevs（alldevs）; /⁄释放alldev资源 　　return TRUE;｝ 　　第二步：开启一个线程接收数据。

UINT RecvProc（LPVOID lpParammeter） 　　｛ pcap_loop（m_pcap, 0, packet_handler, NULL）; return 0;｝ 　　packet_handler是处理收到数据包的回调函数， 当从port6000收到数据后它会被调用，直到线程终止。

第三步：处理收到的数据 　　

void packet_handler（u_char ＊param, const struct pcap_pkthdr ＊header, const u_char ＊pkt_data）｛ 　　const u_char ＊real_data = pkt_data+42; 　　int row=real_data[0]+（real_data[1]<<8）; ｝//这里就没有处理包头，直接处理数据。

4 总结 　　

兆网接口摄像机，网络传输有效数据带宽达400Mb/s以上，较好的解决了百兆网传输带宽不足、数据传输速度慢的问题。传输300万像素不进行压缩的原始图像，帧率可达18帧／秒，视频流畅清晰。计算机采用Winpcap捕获图像数据，丢包率小于0.02%。