NP与PHY通信的FPGA实现

论文摘要

目前,为通信系统器件所提供的接口技术种类繁多,令人困惑。设计者应根据所需功能选择器件,采用FPGA 解决当中的接口和互用性问题。网络处理器（NP）是专门为处理数据包而设计的可编程处理器,它综合了ASIC 的数据处理能力和RISC 的可编程特性。为构建网络设备提供了完整统一的解决方案。但是,网络处理器提供的I/O 接口种类有限,很多时候不能直接与物理层设备（PHY）相连。因此,实现网络处理器与物理层设备的无缝连接就具有重要的现实意义。论文主要研究了通信系统中网络处理器与PHY 之间的通信接口协议之间的转换。论文实现了Broadcom 公司的BCM1250 的FIFO 接口与PMC-Sierra 公司的PM5351 的POS-PHY Level2 通信接口协议之间的无缝连接和速率适配。论文首先回顾了POS 技术和NP 技术的发展历程;然后系统介绍了Verilog HDL 语言的发展,设计流程以及面向综合的HDL 设计技术。讨论了NP 与PHY 通信接口协议转换的系统性能,完成了其详细方案与体系结构设计;最后对如何编写仿真测试程序的各种方法进行了介绍,其中重点介绍了总线功能模型（Bus Function Model）仿真测试方法,并将该方法应用到本设计中。课题的研究过程中,我们采用了TOD-DOWN 设计方法,使用硬件描述语言Verilog HDL 对该设计进行描述,最后不但完成了NP 与PHY 通信接口协议转换的功能验证,而且完成了其FPGA 验证。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与来源
• 1.2 相关技术的发展动态
• 1.2.1 POS 技术概述
• 1.2.2 电子系统的设计发展
• 1.2.3 可编程器件的发展
• 1.3 论文采用的技术及实现手段
• 1.3.1 采用的设计手段
• 1.3.2 采用 FPGA 为系统的实现手段
• 1.4 论文的研究工作和论文章节安排
• 第二章 NP 与 PHY 通信任务与硬件方案设计
• 2.1 NP 与 PHY 通信任务
• 2.2 NP 与 PHY 通信硬件方案设计
• 2.3 NP 与 PHY 通信关键部件
• 2.3.1 NP 介绍（BCM1250）
• 2.3.2 POS-PHY 接口
• 2.3.3 SSRAM
• 2.3.4 FPGA
• 第三章 Verilog HDL 语言设计方法
• 3.1 硬件描述语言 HDL
• 3.2 Verilog HDL 语言简介
• 3.2.1 Verilog HDL 的产生及发展
• 3.2.2 Verilog HDL 语言的基本结构
• 3.2.3 Verilog HDL 语言设计方法的优点
• 3.3 Verilog HDL 语言设计流程
• 3.3.1 自顶向下（TOP-DOWN）设计的基本概念
• 3.3.2 具体模块的设计编译和仿真的过程
• 3.4 面向综合的 Verilog HDL 设计技术
• 3.4.1 减少关键信号通道的逻辑层次
• 3.4.2 共享硬件资源
• 3.4.3 避免出现不必要的锁存器
• 第四章 FPGA 器件简介
• 4.1 FPGA 简介
• 4.2 SPARTAN-IIE 系列的特点
• 4.3 SPARTAN-IIE 系列结构
• 4.3.1 SPARTAN-IIE 阵列
• 4.3.2 输入输出模块
• 4.3.3 可配置逻辑块（CLB）
• 4.3.4 可编程的布线资源
• 4.3.5 延迟锁相环（DLL）
• 第五章 NTP 通信逻辑设计
• 5.1 NTP 总体方案及体系结构
• 5.1.1 NTP 体系结构设计
• 5.1.2 NTP 与外部器件接口时序
• 5.1.3 寄存器定义
• 5.2 模块设计
• MODULE 的设计'>5.2.1 上行模块 RX_MODULE 的设计
• 5.2.1.1 功能要求
• 5.2.1.2 接口时序
• MODULE 模块设计'>5.2.1.3 RX_MODULE 模块设计
• 5.2.1.3.1 PRX 模块设计
• 5.2.1.3.2 RBM 模块设计
• 5.2.1.3.3 RQM 模块设计
• INTF 模块设计（上下行共用）'>5.2.1.3.4 SRM_INTF 模块设计（上下行共用）
• 5.2.1.3.5 NTX 模块设计
• MODULE 的设计'>5.2.2 下行模块 TX_MODULE 的设计
• 5.2.2.1 功能要求
• 5.2.2.2 接口时序
• MODULE 模块设计'>5.2.2.3 TX_MODULE 模块设计
• 5.2.2.3.1 NRX 模块设计
• 5.2.2.3.2 TBM 模块设计
• 5.2.2.3.3 TQM 模块设计
• 5.2.2.3.4 PTX 模块设计
• 5.2.3 CPU 接口单元模块设计
• 第六章 系统的验证
• 6.1 系统的验证
• 6.1.1 系统验证的目的和手段
• 6.1.2 系统功能仿真方法和测试基准程序设计
• MODUEL 功能验证'>6.2 上行模块RX_MODUEL 功能验证
• 6.3 CPU 接口单元的功能验证
• 6.4 NP 与PHY 通信的系统验证
• 结束语
• 缩略语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历