MC-SOC中以太网MAC控制器的设计与验证

发布时间：2020-10-25 17:13

　　 在众多计算机网络技术中,以太网技术无疑是应用范围最广的一种,MAC(Media Access Control)控制器作为以太网技术中重要的一个部分,它实现了互联网七层协议中数据链路层中MAC子层的功能。本文依托“MC-SOC(Module Changeable-System on Chip)芯片研制”项目,设计了一个以太网MAC控制器,作为MC-SOC中的一个重要模块,为其提供了可以远程升级硬件的功能。根据MC-SOC的应用场景,并通过对MAC子层相关协议的认真研读,明确了以太网MAC控制器的具体功能,并为其指定相关设计规范。本文所设计的以太网MAC控制器支持10/100/1000M网速下半/全双工两种工作模式,并且支持IEEE802.3x中全双工模式下的流量控制,提供与主机通信时使用到的AHB接口并遵循AMBA2.0相关协议,还提供与物理层通信时使用的GMII/MII接口并遵循相关协议规范。为了实现这些功能,本文制定出了以太网MAC控制器的模块划分方案,分别为:AHB接口模块、DMA控制器模块、MAC事务层模块、MAC核心模块,根据每个模块所需要实现的功能和接口定义,使用verilog硬件描述语言对各个模块进行描述和实现。由于本文所设计的以太网MAC控制器是集成在MC-SOC当中的,所以在验证时选用SOC验证常用方法——软硬件协同验证。通过编写控制处理器的c代码,对以太网MAC控制器进行初始化后开始正常工作。本文对以太网MAC控制器的各个模块分别进行了功能验证,通过观察仿真波形可知,本文所设计的以太网MAC控制器均达到了预期的设计要求。最终利用FPGA原型开发板进行了上板调试,结果表明,装载了以太网MAC控制器的FPGA开发板能成功和PC及进行通信,最终验证了本文所设计的以太网MAC控制器的正确性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN47;TP393.11
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 以太网的发展历程
    1.3 论文的组织架构
第二章 以太网MAC层协议及相关算法
    2.1 MAC层的功能
    2.2 MAC层协议介绍
        2.2.1 MAC帧格式
        2.2.2 半双工模式时的CSMA/CD算法
        2.2.3 全双工模式时的流量控制
        2.2.4 物理层与MAC层的接口
    2.3 CRC算法简介
        2.3.1 CRC算法的原理
        2.3.2 CRC算法的步骤
    2.4 本章小结
第三章 基于MC-SOC的MAC总体设计
    3.1 MC-SOC架构设计
    3.2 Cortex-M0简介
    3.3 AMBA总线协议
        3.3.1 AHB总线
        3.3.2 APB总线
    3.4 以太网MAC控制器总体架构
        3.4.1 以太网MAC控制器的功能和总体架构
        3.4.2 DMA控制器架构设计
        3.4.3 MAC事务层架构设计
        3.4.4 MAC核心模块架构设计
    3.5 本章小结
第四章 以太网MAC控制器的模块设计
    4.1 AHB接口模块
        4.1.1 AHB从接口
        4.1.2 AHB主接口
    4.2 DMA控制器模块
        4.2.1 描述符
        4.2.2 仲裁模块
        4.2.3 DMA控制寄存器模块
        4.2.4 DMA接收模块
        4.2.5 DMA发送模块
    4.3 MAC事务层模块
        4.3.1 接收通道读FIFO控制
        4.3.2 接收通道写FIFO控制
        4.3.3 发送通道写FIFO控制
        4.3.4 发送通道读FIFO控制
        4.3.5 FIFO控制器
    4.4 MAC核心模块
        4.4.1 发送总线接口模块
        4.4.2 发送帧控制模块
        4.4.3 发送协议引擎模块
        4.4.4 发送调度模块
        4.4.5 发送流量控制模块
        4.4.6 接收协议引擎模块
        4.4.7 接收帧控制模块
        4.4.8 接收流量控制模块
        4.4.9 接收总线接口模块
        4.4.10 地址过滤模块
    4.5 本章小结
第五章 以太网MAC控制器的仿真与验证
    5.1 功能仿真
        5.1.1 AHB接口模块验证结果
        5.1.2 DMA控制器模块仿真结果
        5.1.3 MAC事务层模块仿真结果
        5.1.4 MAC核心模块仿真结果
    5.2 原型验证
        5.2.1 基于FPGA的硬件验证平台
        5.2.2 uIP协议简介
        5.2.3 原型验证最终结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

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本文编号：2855715