基于内存反射技术的实时网络接口卡研制

论文摘要

在计算机实时系统中,为了保证整个系统的实时性,要求系统中网络传输具有实时特性。传统的网络技术,如以太网、FDDI等在实时应用中存在几方面的缺点,不利于系统整体性能的提高。反射内存网是一种高速、实时、确定性的网络,因此,研制基于内存反射技术的实时网络接口卡,组建反射内存网,有重要的应用价值。本文在详细研究了反射内存网工作原理的基础上,采用SDRAM作为反射内存卡的反射内存,设计了反射内存卡。在FPGA内部设计了反射内存卡控制和状态寄存器组,设计了PCI接口控制逻辑,设计了SDRAM控制逻辑,数据存取控制逻辑,多个用于数据缓存的FIFO及其控制逻辑,提高了数据传输吞吐率,避免了内存读写冲突。采用高速SerDes及光纤收发器设计了光传输模块,串行传输速率达1.0625Gb/s,并在FPGA内部设计了8B/10B数据编码器和解码器、实现了对SerDes时序的控制和数据奇偶校验逻辑。定义了四种类型的网络中断和与其相对应的四组中断FIFO,设计了中断数据和普通数据的数据包格式,支持组建反射内存网。反射内存卡与上位机间通过PCI总线通信,开发了Windows XP内核下的PCI设备驱动程序,为应用程序提供相关的API接口。最后编写了用于测试的应用程序,对反射内存卡进行了测试,测试结果表明该卡的功能和性能稳定,满足技术要求,可以实现不同节点间数据的实时传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源及研究的目的和意义
• 1.3 国内外在该方向的研究现状
• 1.3.1 国外相关技术发展
• 1.3.2 国内相关技术发展
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本文结构
• 第2章 系统设计方案
• 2.1 总体功能要求和性能要求
• 2.2 硬件设计方案
• 2.2.1 PCI 接口模块
• 2.2.2 存储模块
• 2.2.3 数据转换及光纤传输模块
• 2.3 软件设计方案
• 2.3.1 驱动程序设计
• 2.3.2 应用程序设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 硬件设计
• 3.1 PCI 接口控制模块设计
• 3.1.1 PCI 接口硬件电路
• 3.1.2 模块整体功能介绍
• 3.1.3 PCI 数据控制和中断控制
• 3.1.4 RFM 控制和状态寄存器组
• 3.1.5 全局中断和本地中断的产生
• FIFOs'>3.1.6 INT_FIFOs
• 3.2 SDRAM 控制模块设计
• 3.2.1 模块整体功能介绍
• 3.2.2 SDRAM 控制器设计
• 3.2.3 SDRAM 数据写入仲裁
• 3.3 FIFO 模块设计
• 3.3.1 模块整体功能介绍
• 3.3.2 FIFO 设计
• FIFO 数据解析'>3.3.3 R_FIFO 数据解析
• FIFO 数据写入仲裁'>3.3.4 T_FIFO 数据写入仲裁
• 3.4 数据格式转换模块设计
• 3.4.1 模块整体功能介绍
• 3.4.2 SerDes 硬件设计
• 3.4.3 SerDes 操作时序
• 3.4.4 光收发模块
• 3.4.5 SerDes 控制器
• 3.5 数据包设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 驱动程序设计
• 4.1.1 WDM 驱动程序模型
• 4.1.2 硬件访问
• 4.1.3 DMA 传输
• 4.1.4 API 接口
• 4.2 应用程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 调试与测试
• 5.1 板卡调试
• 5.1.1 硬件调试方法
• 5.1.2 软件调试方法
• 5.2 测试与结果分析
• 5.2.1 测试两块反射内存卡之间的时间延迟
• 5.2.2 测试整个系统的时间延迟
• 5.2.3 测试反射内存卡的数据吞吐率
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢