FPGA中网络通信协议栈的裁剪及其全硬件实现

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FPGA中网络通信协议栈的裁剪及其全硬件实现

２ ０ １ ３ 年 ９ 月　 计 算机 工程 与设 计　 ＣＯＭ ＰＵＴＥＲ　 ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ　 ＡＮＤ　 ＤＥＳ Ｉ ＧＮ　 Ｓ ｅ ｐ ｔ ．２ ０ １ ３ 　 Ｖｏ Ｌ 　 ３ ４ 　 Ｎｏ ． ９ 　 第３ ４ 卷 第 ９ 期　 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ中 网络通信 协议栈的裁剪及其全硬件实现　 蒋 沪 生 ，柴 志 雷 ，钟 传 杰　 （ 江南 大学 物联

网学 院 轻 工过程 先进控 制教 育部 重点 实验 室 ，江苏 无锡 ２ １ ４ １ ２ ２ ） 　 摘 要 ：针 对 基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的嵌 入 式 系统 中软 件 网络 协 议 栈 需要 内置 Ｃ Ｐ Ｕ 的 不 足 ， 阐 述 了采 用 全 硬 件 方 式 实 现 网络 协 议 栈　 的必 要 性 ，，并 提 出 了适 合 的 网络 通 信 协议 栈 裁 剪 方 案 。该 协 议 栈 包含 精 简 的 ＵＤ Ｐ、Ｉ Ｐ 、 以 及 ＭＡＣ 层 驱 动 ， 可 完 成 常 规 的　 网络通信 。协议栈 完全采 用硬件描述语 言编写 ，并在 Ｆ Ｐ ＧＡ 中实现 。实验 结果表 明，该协议栈 只 占用 ２ Ｋ逻辑 资 源，能以　 １ ０ ０ Ｍｂ ｐ ｓ 的速率在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ与 Ｐ Ｃ之 间进行数据传输 ，为基于 Ｆ Ｐ ＧＡ的 系统调试及运行提 供 了一种简 易的 高速通信手段 。 　 关 键 词 ： 网络 通 信 ；硬 件 协 议 栈 ；Ｕ ＤＰ ／ Ｉ Ｐ协议 ；现 场 可 编 程 门阵 列 ；硬 件 实现　 中 图法 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ３ ９ ３ 　 文 献 标 识 号 ：Ａ 　 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ０ — ７ ０ ２ ４（ ２ ０ １ ３ ）０ ９ — ３ ０ ７ ４ — ０ ４ 　 Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ 　 ａ ｎ ｄ 　 ｆ ｕ ｌ ｌ 　 ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ 　 ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 　 ｏ ｆ 　 ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｅ ｄ 　 ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ 　 ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 　 ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ 　 ｓ ｔ ａ ｃ ｋ 　 ｉ ｎ 　 ＦＰＧＡ　 Ｊ Ｉ ＡＮＧ　 Ｈｕ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｃ ＨＡＩ 　 Ｚ ｈ ｉ — ｌ ｅ ｉ ，Ｚ ＨＯＮＧ 　 Ｃ ｈ ｕ ａ ｎ － ｊ ｉ ｅ 　 （ Ｋｅ ｙ 　 Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ 　 ｏ ｆ 　 Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ 　 Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ 　 Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ 　 ｆ ｏ ｒ 　 Ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ 　 Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ （ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ 　 ｏ ｆ 　 Ｅｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） ， 　 Ｓｃ ｈ ｏ ｏ ｌ 　 ｏ ｆ 　 Ｉ ｏ Ｔ　 Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｎ ａ ｎ 　 Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｗ ｕ ｘ ｉ 　 ２ １ ４ １ ２ ２，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ） 　 Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ 　 ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ 　 ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ 　 ｓ ｔ ａ ｃ ｋ 　 ｂ ｙ 　 ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ 　 ｎ ｅ ｅ ｄ 　 ｔ Ｏ 　 ｕ ｓ ｅ 　 ａ ｎ 　 ｅ ｍｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ 　 ＣＰ Ｕ　 ｃ ｏ ｒ ｅ ．Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ 　 ａ

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