基于FPGA的万兆网通信协议转换器设计

发布时间：2017-08-02 10:10

  本文关键词：基于FPGA的万兆网通信协议转换器设计

  更多相关文章： TLK2711 FPGA 万兆以太网 高速数据通信

【摘要】：随着计算机技术、通信技术和微电子技术的高速发展,人们对数据的传输速度提出了更高的要求。数据的交换量、传输量逐渐增多,数据处理的复杂程度逐渐提高,人们更加要求数据传输的准时性与实时性,因此高速数据通信研究方向是现代通信系统中重要的一个环节。而基于大规模的FPGA协同加速成为云计算服务的一种发展趋势。万兆以太网的优越性更加符合当下人们的要求。本设计根据任务要求设计全双工通信整体方法,将由万兆网协议到自定义协议定义方向为输出方向,将自定义协议到万兆网协议方向定义为输入方向。以两片Ser Des器件TLK2711作为串行解串器,输入端口使其达到3.2Gbit/s的传输速度,系统通信基于万兆以太网通信协议提供10Gbit/s传输速度,提供更加丰富的带宽和处理能力,能够有效地节约用户在链路上的投资。本文的核心内容就是通过采用Xilinx公司Virtex?-7系列FPGA芯片设计协议转换器将万兆网口出来的以太网格式的数据通过FPGA转换成自定义协议格式的数据。本设计就是基于FPGA来实现自定义协议和万兆以太网协议的转换。具体的开发流程其实就是利用Xilinx配套开发软件ISE14.4对FPGA进行开发,FPGA的开发流程主依次完成电路设计、设计输入、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现、芯片编程和调试。最后采用自环检测的方法通过Wireshark软件结合Chipscope对其功能进行测试,通过XIXIA网络测试仪对其性能进行测试验证。
【关键词】：TLK2711 FPGA 万兆以太网 高速数据通信
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791;TN915.04
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究的背景和意义10
• 1.2 万兆网的国内外发展现状分析10-12
• 1.3 协议转换器的定义12
• 1.4 协议转换器的发展12-15
• 1.5 串口技术的发展与应用15
• 1.6 本文结构15-17
• 第2章 基于FPGA的万兆网协议转换器的设计与实现17-27
• 2.1 协议转换器的系统功能及介绍17-18
• 2.1.1 系统介绍17
• 2.1.2 系统各部分功能17-18
• 2.2 整体设计方案18-19
• 2.3 性能指标要求19
• 2.4 功能要求19-22
• 2.4.1 A协议主要功能20-21
• 2.4.2 设备总体功能21-22
• 2.5 设备接口要求22-26
• 2.5.1 发送模块输入接口23-24
• 2.5.2 发送模块输出接口24
• 2.5.3 接收模块输入接口24-25
• 2.5.4 接收模块输出接口25
• 2.5.5 测试接口25-26
• 2.6 协议功能概述26-27
• 第3章 硬件平台设计27-38
• 3.1 系统硬件组成方案框图27
• 3.2 板载电源方案框图27-28
• 3.3 硬件资源及其用28-29
• 3.4 主要芯片选型29-33
• 3.4.1 FPGA芯片选型29-30
• 3.4.2 万兆网接口模块选型30-31
• 3.4.3 3Gbps光口模块选型31-32
• 3.4.4 高速串行电接口选型32-33
• 3.5 部分单元电路33-38
• 3.5.1 DDR3单元单路33-34
• 3.5.2 万兆网接口单元电路34
• 3.5.3 3Gbps光口单元电路34-35
• 3.5.4 监控处理器单元电路35-36
• 3.5.5 TLK2711接口单元电路36-37
• 3.5.6 系统电路板图37-38
• 第4章 软件设计整体方案38-43
• 4.1 软件环境与相应语言语言38
• 4.2 软件总体方案概述38-43
• 4.2.1 方案框图39-40
• 4.2.2 数据处理流程40-43
• 第5章 功能测试与性能测试结果43-57
• 5.1 功能测试43
• 5.1.1Wireshark软件介绍43
• 5.1.2Chipscope软件介绍43
• 5.2 功能测试结果43-46
• 5.3 性能测试46-57
• 5.3.1 IXIA万兆网络测试仪介绍46-47
• 5.3.2 发送ARP包47-48
• 5.3.3 发送IPX包48-49
• 5.3.4 帧调度49-53
• 5.3.5 发送流数据53-57
• 总结与展望57-59
• 参考文献59-62
• 附录A62-68
• 附录B68-69
• 附录C69-70
• 致谢70-71
• 攻读学位期间获得的科研成果71

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本文编号：608735