基于FPGA的以太网MAC协议的设计与实现

论文摘要

随着互联网的飞速发展,以太网的应用也越来越广泛,速度也越来越快。在网络安全领域,通常使用网络过滤设备来对大量的以太网数据包进行分析。网络过滤设备正常工作的关键是对以太网数据包的正确收发,而这也正是以太网MAC(媒体接入控制)层的主要功能。以太网MAC协议的设计实现,在以太网的相关应用中有十分重要的作用。同时,采用FPGA作为设计实现的载体,可以缩短开发周期,为调试修改提供便利。本文在对MAC协议进行分析理解的基础上,将整个MAC协议的实现分为数据接收,数据发送和控制管理三个部分,并说明了他们之间的相互关系。此外,各个部分按照数据流向和具体功能又划分了若干个子模块。数据接收和发送部分主要划分了接口转换,前导帧处理,校验码处理等模块,负责对发送和接收的数据进行处理分析。控制管理部分则为外部调试与配置提供了相应的接口,包括流量统计信息的读取,外部PHY芯片的配置等。在详细阐述了各模块的设计实现之后,本文针对系统特点,搭建了仿真平台,给出了模块级和系统级的仿真结果,最后在硬件上测试之后,对仿真和测试的结果进行了分析。本文设计实现的MAC协议以Altera公司的Cyclone 3系列的FPGA芯片为载体,运用Verilog HDL语言进行RTL级别的功能描述,能够实时地处理千兆的网络数据流量,并且可以通过CPU总线对外部PHY芯片进行配置,达到了预期的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文缩略语
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与课题意义
• 1.2 课题来源
• 1.3 本文内容及章节安排
• 2 相关技术介绍
• 2.1 以太网及MAC 层协议
• 2.2 循环冗余检验CRC 原理
• 2.3 媒体独立接口MII
• 2.4 系统包接口SPI3
• 2.5 FPGA 开发流程
• 3 以太网MAC 协议在FPGA 上的设计与实现
• 3.1 需求分析
• 3.2 总体设计
• 3.3 在FPGA 上详细设计实现以太网MAC
• 3.4 本章小结
• 4 系统验证与测试
• 4.1 验证平台搭建
• 4.2 功能级验证
• 4.3 系统级验证
• 4.4 硬件与性能测试
• 4.5 结论与分析
• 4.6 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献