基于FPGA和ARM结构的千兆以太网测试系统的设计

发布时间：2017-04-14 06:17

  本文关键词：基于FPGA和ARM结构的千兆以太网测试系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着计算机网络的迅猛发展,千兆以太网已经成为主流的网络技术,随之而来的是对网络设备要求的提高。网络设备的性能将会直接影响到网络运行过程中的稳定性与可靠性,所以网络设备的性能是否满足系统需求变得尤为重要。因此,拥有一套可以实现对网络设备进行性能测试的以太网测试系统很有必要。然而,目前中国的千兆以太网测试仪市场基本是被国外的公司所垄断,且价格昂贵,操作较复杂。本文针对这种市场需求,旨在开发出一套使用便捷、价格合理、性能稳定且能够实现RFC2544基准测试的千兆以太网测试系统。主要工作与成果如下:1.测试系统主要由以太网收发模块、FPGA模块、ARM模块和显示模块组成。由传统的PC机作为上位机的模式,改为由系统自带的ARM模块作为上位机的模式,实现手持终端的功能,方便测试与记录。以太网收发模块主要用于测试帧的收发功能,FPGA模块主要用于测试数据的采集与整理,ARM模块主要用于测试数据的处理和整个测试系统的控制,显示模块则用于测试操作与数据显示。2.在系统软件开发中,主要完成对RFC2544性能测试的实现工作。首先,设计专用于测试的以太网测试帧,然后研究时延、吞吐量、背靠背、丢包率这四个参数的测试算法,并基于测试系统分别实现,接着在FPGA内用Verilog HDL语言实现各个模块的功能,最后在ARM上基于Linux系统在Qt软件上设计应用程序实现整个测试系统的控制显示功能。3.在模块通讯方面,以太网收发模块与FPGA模块通过GMII接口连接,实现以太网测试帧的收发;FPGA模块与ARM模块通过USB接口连接,开发相应的驱动程序,实现测试数据与控制参数的传输。4.论文对测试系统的各个模块与整体结构进行了测试,结果表明在系统正常工作的情况下能够顺利实现对千兆以太网性能的测试功能。论文在最后进行了总结,以及对进一步工作的展望。
【关键词】：千兆以太网 以太网测试 RFC2544 ARM FPGA
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791;TP393.11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 千兆以太网的研究现状12
• 1.2.2 以太网测试技术的国内外研究现状12-14
• 1.3 本文的主要研究内容和结构安排14-16
• 第2章 千兆以太网测试系统的相关理论基础16-26
• 2.1 千兆以太网技术16-20
• 2.1.1 IEEE802.3 协议16-17
• 2.1.2 以太网帧基础17-18
• 2.1.3 差错检测技术18-20
• 2.2 网络性能测试研究20-23
• 2.2.1 RFC2544测试标准20-21
• 2.2.2 测试模型的选择21-22
• 2.2.3 测试流量模型的选择22-23
• 2.3 USB通信技术研究23-25
• 2.3.1 USB简介23
• 2.3.2 USB结构23-24
• 2.3.3 USB数据传输方式24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 系统整体方案设计26-30
• 3.1 系统的功能需求分析26
• 3.2 系统的构成和工作流程26-29
• 3.2.1 系统的总体结构26-27
• 3.2.2 系统主控端的硬件结构27-29
• 3.3 系统的开发工具29
• 3.4 本章小结29-30
• 第4章 FPGA模块的软件设计30-40
• 4.1 主控端FPGA模块软件设计总体方案30-31
• 4.2 FPGA软件开发环境31-32
• 4.2.1 FPGA开发工具31
• 4.2.2 FPGA开发语言31-32
• 4.3 主控端FPGA模块软件开发具体实现32-39
• 4.3.1 发送帧处理模块32-33
• 4.3.2 以太网发送模块33-34
• 4.3.3 以太网接收模块34-35
• 4.3.4 接收帧处理模块35-36
• 4.3.5 缓存模块36
• 4.3.6 USB控制模块36-38
• 4.3.7 SDRAM控制模块38-39
• 4.4 从端FPGA软件结构与工作原理39
• 4.5 本章小结39-40
• 第5章 ARM模块的软件设计40-65
• 5.1 ARM软件设计总体方案40-41
• 5.2 ARM软件开发环境41-44
• 5.2.1 ARM-Linux系统的移植42-43
• 5.2.2 ARM软件开发工具43-44
• 5.3 USB软件开发44-52
• 5.3.1 USB固件模块开发44-47
• 5.3.2 USB驱动软件开发47-52
• 5.4 RFC2544性能测试的算法实现52-55
• 5.4.1 时延52
• 5.4.2 丢包率52-53
• 5.4.3 背靠背53-54
• 5.4.4 吞吐量54-55
• 5.5 ARM软件开发具体实现55-64
• 5.5.1 界面模块55-56
• 5.5.2 流量发生模块56-58
• 5.5.3 功能测试模块58-60
• 5.5.4 应用程序与界面的数据交互模块60-62
• 5.5.5 应用程序与驱动的数据交互模块62
• 5.5.6 数据管理模块62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 系统的测试与结果分析65-78
• 6.1 USB通信测试65-67
• 6.1.1 ARM端发送数据到FPGA端65-66
• 6.1.2 FPGA端发送数据到ARM端66-67
• 6.2 FPGA模块的帧解析测试67-69
• 6.2.1 发送帧处理模块的组帧测试67-68
• 6.2.2 接收帧处理模块的解帧测试68-69
• 6.3 系统整体功能测试69-74
• 6.3.1 Ping互通测试69-70
• 6.3.2 以太网性能测试70-74
• 6.4 测试结果分析74-77
• 6.5 本章小结77-78
• 第7章 总结与展望78-80
• 7.1 总结78
• 7.2 展望78-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 王根义;;CRC校验码算法的研究与实现[J];电子设计工程;2012年09期

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5 刘博;李明;;千兆位以太网传输模式的研究[J];科技信息;2009年23期

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本文编号：305386