IP网络适配器硬件系统的研究与设计

论文摘要

在目前,计算机网络普遍采用的通信方式是在局域网或者广域网的基础上运行TCP/IP协议,它采用分层进行开发,每一层分别负责不同的通信功能,传输数据时在各个分层加入各自的协议信息,但实际上运行的网络的最底层的协议信息是局域网协议或者广域网协议,而不是TCP/IP协议中的信息。为了解决上述问题,提出组建一个直接通过传输介质双绞线来传输IP分组的独立的IP网络,分析相应的工作原理和拓扑结构,并且研究设计与之相适应的IP网络适配器。在对IP网络适配器进行大量研究与论证的基础上,通过分析、设计与实验,选择美国PLX公司生产的PCI 9054专用芯片控制IP网络适配器的PC机接口部分,采用Cypress半导体公司推出高速串行数据通信的发送芯片CY7B923和接收芯片CY7B933以及高速低功耗的先进先出缓冲存储器芯片CY7C453,构成IP网络适配器的数据发送/接收部分,采用Altera公司的低价位Cyclone系列芯片EP1C6Q240C8 FPGA芯片作为控制部分,分别完成各个部分的电路设计。整个系统硬件语言设计选用VHDL语言,在QUARTUS II 5.0软件开发平台中完成了对整个硬件程序的设计开发。通过分析IP网络适配器的工作原理,将系统划分为三大功能模块:即IP数据报接收控制模块、IP数据报发送控制模块、控制模块,并分模块进行程序代码编写和仿真测试。最后,对所设计实现的基于双绞线的IP网络适配器进行了时序测试以及功能仿真。软件方面,用WinDriver开发硬件驱动程序,VC++语言开发网络应用程序。这次设计是一次全新的尝试,它的研究对完善现有的TCP/IP协议体系结构,提高网络数据传输的速率和数据有效率有比较高的研究价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 常用网络协议分析
• 1.1.1 OSI 参考模型
• 1.1.2 TCP/IP 协议
• 1.1.3 IEEE802.3 协议
• 1.2 现有网络数据传输分析
• 1.2.1 网络数据传输格式
• 1.2.2 局域网中的数据传输过程
• 1.2.3 问题的提出
• 1.3 IP 网络的建立可行性分析
• 1.3.1 数据链路层的作用与功能分析
• 1.3.2 物理层的作用与功能分析
• 1.3.3 组建IP 网络的可行性分析
• 1.4 研究内容
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究目标
• 1.4.3 难点和创新点
• 第二章 总体设计方案
• 2.1 基于双绞线的IP 网络拓扑结构和工作原理
• 2.2 网络适配器的功能及技术需求分析
• 2.2.1 网络适配器功能
• 2.2.2 现有的网络适配器分析
• 2.2.3 IP 网络中的网络适配器分析
• 2.3 IP 网络适配器的功能分析
• 2.3.1 并串数据转换
• 2.3.2 网络数据控制
• 2.3.3 数据缓存
• 2.3.4 网络信号发送和接收
• 2.3.5 接口控制
• 2.3.6 编码和解码
• 2.4 IP 网络适配器工作原理
• 2.5 IP 网络适配器总线接口选择
• 2.5.1 总线接口分析
• 2.5.2 PCI 局部总线
• 2.6 IP 网络适配器的总体设计
• 2.6.1 IP 网络适配器的硬件设计
• 2.6.2 IP 网络适配器的软件设计
• 2.7 本章小结
• 第三章 硬件电路设计
• 3.1 PCI9054 接口电路设计
• 3.1.1 总线接口芯片PCI9054
• 3.1.2 PCI9054 控制模块功能
• 3.1.3 控制模块原理图SCH 原理图设计
• 3.2 发送电路设计
• 3.2.1 高速数据缓冲FIFO 芯片CY7C45X 的原理及应用
• 3.2.2 高速串行数据通信发送芯片CY7B923 的原理及应用
• 3.2.3 发送模块的功能
• 3.2.4 发送模块的电路原理图SCH 设计
• 3.3 接收电路设计
• 3.3.1 高速串行数据通信接收芯片CY7B933 的原理及应用
• 3.3.2 接收模块的功能
• 3.3.3 接收模块的原理图SCH 设计
• 3.4 PCB 布板
• 3.5 本章小结
• 第四章 硬件语言设计
• 4.1 FPGA 控制逻辑设计
• 4.1.1 VHDL 语言介绍
• 4.1.2 Quartus II 开发环境
• 4.1.3 FPGA 系统控制模块
• 4.1.4 硬件语言整体设计方案
• 4.2 控制模块
• 4.2.1 控制模块功能
• 4.2.2 PCI9054 控制部分
• 4.2.3 数位转换部分
• 4.3 IP 数据报发送控制模块
• 4.3.1 IP 数据报发送控制部分
• 4.3.2 芯片发送控制部分
• 4.4 IP 数据报接收控制模块
• 4.4.1 IP 数据报接收控制部分
• 4.4.2 IP 地址判定部分
• 4.4.3 芯片接收控制部分
• 4.5 本章小结
• 第五章 软件驱动程序设计
• 5.1 硬件驱动程序
• 5.1.1 WND 驱动程序
• 5.1.2 设备驱动程序开发工具选择
• 5.1.3 驱动程序开发工具 Windriver
• 5.2 网络驱动程序
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢