数据采集系统中TCP/IP硬件协议栈的研究与FPGA实现
发布时间：2024-05-16 21:56
数据采集系统广泛地应用于工业控制等诸多领域,随着精细化、智能化、多路采集的待测设备和场景越来越多,对采集传输系统的能力提出了越来越高的要求。传统的货架数据采集系统很难满足特定的需求,而非标准产品的采集系统有很强的针对性,且价格昂贵、结构复杂,难以适用于普遍的采集应用场景。因此,实现一个具备高性能、高灵活性和低成本的数据采集系统,是当前社会、工业发展的迫切需求。随着集成电路与信息科学技术的快速发展,为数据采集系统的高性能、集成化设计提供了新思路。借助网络卸载引擎思想,基于FPGA实现TCP/IP协议栈的逻辑设计,实现一种具备高传输速率、高可靠性、灵活性和低成本的以太网传输链路。旨在研究基于硬件可编程器件实现软件协议硬件化的实施方案,为分布式数据采集领域的高速数据卸载和传输链路加速提供一种可行性方案。本文首先结合数据采集系统和TCP/IP协议的功能特点,提出TCP/IP协议族裁剪方案,只保留保证数据高速传输和可靠性的必要协议。采用分层处理、模块化的设计方法,按照“接收解析-数据处理-组帧发送”的顺序,实现了以太网TCP/IP协议通信的基本功能。在此基础上,深入研究TCP关键技术,在FPGA...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文组织结构
第2章 以太网TCP/IP协议
2.1 TCP/IP协议族
2.1.1 TCP/IP协议
2.1.2 TCP/IP通信过程
2.2 硬件TOE技术
2.3 TCP/IP硬件协议栈
2.3.1 以太网MAC帧
2.3.2 ARP协议
2.3.3 IP协议
2.3.4 ICMP协议
2.3.5 UDP协议
2.3.6 TCP协议
2.4 TCP关键技术理论
2.4.1 滑动窗口
2.4.2 超时与重传
2.4.3 拥塞控制
2.5 其他重要技术
2.5.1 Internet校验和
2.5.2 CRC校验和
2.5.3 RAM缓存IP核
2.5.4 千兆以太网接口
2.6 本章小结
第3章 TCP/IP硬件协议栈的研究与设计
3.1 TCP/IP硬件协议栈总体设计
3.2 MAC接收与解析模块
3.3 ARP、IP、ICMP接收模块
3.3.1 ARP接收与应答
3.3.2 IP接收与解析
3.3.3 ICMP接收与应答
3.4 UDP设计与实现
3.4.1 UDP接收解析模块
3.4.2 UDP发送组帧模块
3.5 TCP服务器逻辑设计
3.5.1 TCP服务器状态机
3.5.2 校验和预计算算法
3.5.3 超时与重传控制
3.5.4 改进拥塞控制算法
3.5.5 请求应答队列管理
3.6 报文封装与仲裁设计
3.6.1 CRC32 超前计算算法
3.6.2 顶层发送仲裁控制
3.7 TCP/IP协议栈综合结果
3.8 本章小结
第4章 TCP/IP硬件协议栈的仿真与实现
4.1 纯逻辑TCP/IP协议栈仿真方法
4.2 ARP应答仿真与实现
4.3 ICMP回显应答仿真与实现
4.3.1 ICMP接收仿真分析
4.3.2 ICMP发送仿真分析
4.4 UDP功能仿真与实现
4.5 TCP功能仿真与实现
4.5.1 TCP连接建立
4.5.2 TCP数据接收与发送
4.5.3 TCP超时与重传
4.5.4 请求应答队列管理
4.6 本章小结
第5章 系统功能测试与评估
5.1 硬件测试平台
5.2 TCP/IP功能测试
5.2.1 ARP请求与应答测试
5.2.2 ICMP回显请求与应答测试
5.2.3 UDP传输性能测试
5.2.4 TCP通信基本功能测试
5.3 TCP性能分析
5.3.1 TCP超时与重传功能测试
5.3.2 TCP拥塞控制功能测试
5.3.3 TCP最大速率测试
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
本文编号：3974964
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文组织结构
第2章 以太网TCP/IP协议
2.1 TCP/IP协议族
2.1.1 TCP/IP协议
2.1.2 TCP/IP通信过程
2.2 硬件TOE技术
2.3 TCP/IP硬件协议栈
2.3.1 以太网MAC帧
2.3.2 ARP协议
2.3.3 IP协议
2.3.4 ICMP协议
2.3.5 UDP协议
2.3.6 TCP协议
2.4 TCP关键技术理论
2.4.1 滑动窗口
2.4.2 超时与重传
2.4.3 拥塞控制
2.5 其他重要技术
2.5.1 Internet校验和
2.5.2 CRC校验和
2.5.3 RAM缓存IP核
2.5.4 千兆以太网接口
2.6 本章小结
第3章 TCP/IP硬件协议栈的研究与设计
3.1 TCP/IP硬件协议栈总体设计
3.2 MAC接收与解析模块
3.3 ARP、IP、ICMP接收模块
3.3.1 ARP接收与应答
3.3.2 IP接收与解析
3.3.3 ICMP接收与应答
3.4 UDP设计与实现
3.4.1 UDP接收解析模块
3.4.2 UDP发送组帧模块
3.5 TCP服务器逻辑设计
3.5.1 TCP服务器状态机
3.5.2 校验和预计算算法
3.5.3 超时与重传控制
3.5.4 改进拥塞控制算法
3.5.5 请求应答队列管理
3.6 报文封装与仲裁设计
3.6.1 CRC32 超前计算算法
3.6.2 顶层发送仲裁控制
3.7 TCP/IP协议栈综合结果
3.8 本章小结
第4章 TCP/IP硬件协议栈的仿真与实现
4.1 纯逻辑TCP/IP协议栈仿真方法
4.2 ARP应答仿真与实现
4.3 ICMP回显应答仿真与实现
4.3.1 ICMP接收仿真分析
4.3.2 ICMP发送仿真分析
4.4 UDP功能仿真与实现
4.5 TCP功能仿真与实现
4.5.1 TCP连接建立
4.5.2 TCP数据接收与发送
4.5.3 TCP超时与重传
4.5.4 请求应答队列管理
4.6 本章小结
第5章 系统功能测试与评估
5.1 硬件测试平台
5.2 TCP/IP功能测试
5.2.1 ARP请求与应答测试
5.2.2 ICMP回显请求与应答测试
5.2.3 UDP传输性能测试
5.2.4 TCP通信基本功能测试
5.3 TCP性能分析
5.3.1 TCP超时与重传功能测试
5.3.2 TCP拥塞控制功能测试
5.3.3 TCP最大速率测试
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
本文编号：3974964
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/ydhl/3974964.html
