基于fpga的以太网通信的分析与研究(附件)【字数：9258】
摘 要本文主要基于以太网通信协议,利用FPGA技术，实现了对以太网数据通信系统的结构设计以及功能验证。本文重点分析了UDP、IP等数据报的协议格式，介绍了以太网通信的原理。在软件方面，本文基于FPGA技术，利用ISE软件和MODELSIM仿真软件，实现了以太网数据包的接收、发送、CRC校验等功能。在硬件方面，本文基于FPGA，通过GMII总线和开发板上的Gigabit PHY 芯片，实现了与PC之间的通信。最后，本文利用PC端的以太网通信测试软件，实现了对整个以太网通信系统的功能验证。
目 录
第一章 概述 1
1.1研究背景及其发展现状 1
1.2基于FPGA以太网通信技术连接的目的和意义 2
1.3论文主要内容 2
第二章 以太网通信的工作原理 3
2.1以太网主要通信协议 3
2.1.1 UDP协议的报头格式 4
2.1.2 IP数据报首部 4
2.1.3中断和时钟功能介绍 5
2.2 FPGA技术分析 5
2.2.1 DDS技术 5
2.2.2多体制调制解调技术 6
第三章 以太网通信PHY芯片 7
3.1 RTL8211E芯片的特点与功能 7
3.2 GMII工作原理 8
3.3 MDIO工作流程 9
第四章 仿真测试及功能实现 10
4.1 Xilinx ISE的硬件平台设计 10
4.2 ModelSim软件平台设计 10
4.3仿真分析及功能实现 10
4.3.1GMII UDP数据发送模块 11
4.3.2GMII UDP数据接收模块 12
4.3.3CRC校验模块 13
4.4仿真中遇到的问题和解决方案 13
4.4.1测试结果与分析 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录A 18
附录B 19
第一章 概述
1.1研究背景及其发展现状
因为电子消 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
费市场的不断发展和壮大，在这个通信时代人们对数据的发送和接收速度投入越来越多的关注。在这样的发展潮流中，基于FPGA的以太网通信技术开始崭露头角，不管是工业、教育甚至传统的家用电器行业都开始引用这类技术并运用到生产器件上。随着以太网的发展，基于FPGA的以太网技术的机械设备越来越多，运用Ethernet技术完成收集和整理数据的方法，已经成为电子发展的必然趋势。选择以太网的原因是价格可观、性能稳定、传输距离远、速度快等优势。因为技术的不断发展，以太网技术运用的技术越发成熟。利用以太网技术操作的机械器件传输数据时，传输过程中不存在协议转换的操作，对于基本的操作工人来说使用方便，具备实用性的特点。因为各行各业不同通信的要求日渐增多，导致出现了不同的以太网传输标准，分别是标准以太网、百兆以太网、千兆以太网和10G以太网。
伴随科技的进步和消费水平的提高，运用基于FPGA的以太网技术通信的设备不断地被优化和发展。FPGA的中文意思翻译过来被称为现场可编程门阵列，因为价格低廉、功耗小、可载容量大等优点，经常被运用到各类系统的开发和设计中，与此同时与各类不同的应用型技术的整合也越来越融洽。
就发展现状来看，软件方面，FPGA内配有很多专用功能的核心IP。硬件方面，增加了各种不同功能的硬核，比如时钟管理器、嵌入式处理器、存储器等等，这样一来可以实现，即使在FPGA中也能完成这类型领域的研究核开发，拓宽了该技术在不同领域的发展空间，提高了FPGA技术不同领域的可实现能力。
本次毕设研究是面向千兆以太网，它本身是在标准以太网的基础上建立起来的。着眼于未来发展趋势可以预见到，千兆以太网逐渐成为最常见、使用最广泛、实用性最强的网络通信手段，可以实现甚至各种大型企业的员工进行无障碍通信。千兆以太网内部组成包括千兆网卡、千兆交换机等，以长远眼光来分析，近几年来的数据传输量呈快速增加趋势，专注到某个特殊功能时会发现，其中语音通信越来越成为主流和主要的传输方式，千兆以太网技术以其最大的兼容性优势在市场上越来越活跃。 1.2基于FPGA以太网通信技术连接的目的和意义
电路设计一般通过Verilog来实现Verilog技术时我们需要根据实验的要求，在利用进行布局等各个功能的综合整理后将事先编写好的程序烧录到FPGA上，目前这项技术被运用的越来越多。通过库里的基本元件可以实现不同功能的逻辑门电路，包括与逻辑电路、或逻辑电路、异或逻辑电路、非逻辑电路等其他功能电路。在这之后，设计者通过研究的要求把不同的功能电路连接在一起实现总体功能。最终的FPGA内部结构可以实现目标群体所需要的功能，可以方便修改和完善。
因为不同领域的通信需求与现有的通信条件无法达成对应的匹配通信，相当于生产力无法满足现有的消费市场所产生的矛盾。如果在网络通信中遇到突发情况，千兆以太网可以快速的作出应急反应并且尽可能的修复漏洞。与专用集成电路相比，即使FPGA的运行速度可能要慢一些，所占用的空间面积也相较大很多，但是便于发现和改正程序中的错误。因为价格低廉，正在被越来越多的工业设备引用。在通信方式方面，高速串行方法越来越有优势，所以串行方式将逐渐成为千兆以太网通信方式的主流方法，提高传输速度方面的优势越加明显。运用基于FPGA的以太网通信很大程度上提高了传输通道的吞吐量和数据在通信过程中的传输速度，在实时信号处理方面有着潜在的商业应用价值和经济价值。在成本和造价方面，因为价格低廉所以广受设计者青睐。
1.3论文主要内容
本文首先深入研究了以太网通信协议，完成了FPGA与PC之间的以太网通信系统的verilog设计，并对系统进行了基于MODELS I M软件的仿真，进行了充分的时序分析。最后，通过PC端的以太网通信测试软件，验证了以太网通信系统的发送、接收和CRC校验的功能，建立了与PC机间的通信。
目 录
第一章 概述 1
1.1研究背景及其发展现状 1
1.2基于FPGA以太网通信技术连接的目的和意义 2
1.3论文主要内容 2
第二章 以太网通信的工作原理 3
2.1以太网主要通信协议 3
2.1.1 UDP协议的报头格式 4
2.1.2 IP数据报首部 4
2.1.3中断和时钟功能介绍 5
2.2 FPGA技术分析 5
2.2.1 DDS技术 5
2.2.2多体制调制解调技术 6
第三章 以太网通信PHY芯片 7
3.1 RTL8211E芯片的特点与功能 7
3.2 GMII工作原理 8
3.3 MDIO工作流程 9
第四章 仿真测试及功能实现 10
4.1 Xilinx ISE的硬件平台设计 10
4.2 ModelSim软件平台设计 10
4.3仿真分析及功能实现 10
4.3.1GMII UDP数据发送模块 11
4.3.2GMII UDP数据接收模块 12
4.3.3CRC校验模块 13
4.4仿真中遇到的问题和解决方案 13
4.4.1测试结果与分析 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录A 18
附录B 19
第一章 概述
1.1研究背景及其发展现状
因为电子消 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
费市场的不断发展和壮大，在这个通信时代人们对数据的发送和接收速度投入越来越多的关注。在这样的发展潮流中，基于FPGA的以太网通信技术开始崭露头角，不管是工业、教育甚至传统的家用电器行业都开始引用这类技术并运用到生产器件上。随着以太网的发展，基于FPGA的以太网技术的机械设备越来越多，运用Ethernet技术完成收集和整理数据的方法，已经成为电子发展的必然趋势。选择以太网的原因是价格可观、性能稳定、传输距离远、速度快等优势。因为技术的不断发展，以太网技术运用的技术越发成熟。利用以太网技术操作的机械器件传输数据时，传输过程中不存在协议转换的操作，对于基本的操作工人来说使用方便，具备实用性的特点。因为各行各业不同通信的要求日渐增多，导致出现了不同的以太网传输标准，分别是标准以太网、百兆以太网、千兆以太网和10G以太网。
伴随科技的进步和消费水平的提高，运用基于FPGA的以太网技术通信的设备不断地被优化和发展。FPGA的中文意思翻译过来被称为现场可编程门阵列，因为价格低廉、功耗小、可载容量大等优点，经常被运用到各类系统的开发和设计中，与此同时与各类不同的应用型技术的整合也越来越融洽。
就发展现状来看，软件方面，FPGA内配有很多专用功能的核心IP。硬件方面，增加了各种不同功能的硬核，比如时钟管理器、嵌入式处理器、存储器等等，这样一来可以实现，即使在FPGA中也能完成这类型领域的研究核开发，拓宽了该技术在不同领域的发展空间，提高了FPGA技术不同领域的可实现能力。
本次毕设研究是面向千兆以太网，它本身是在标准以太网的基础上建立起来的。着眼于未来发展趋势可以预见到，千兆以太网逐渐成为最常见、使用最广泛、实用性最强的网络通信手段，可以实现甚至各种大型企业的员工进行无障碍通信。千兆以太网内部组成包括千兆网卡、千兆交换机等，以长远眼光来分析，近几年来的数据传输量呈快速增加趋势，专注到某个特殊功能时会发现，其中语音通信越来越成为主流和主要的传输方式，千兆以太网技术以其最大的兼容性优势在市场上越来越活跃。 1.2基于FPGA以太网通信技术连接的目的和意义
电路设计一般通过Verilog来实现Verilog技术时我们需要根据实验的要求，在利用进行布局等各个功能的综合整理后将事先编写好的程序烧录到FPGA上，目前这项技术被运用的越来越多。通过库里的基本元件可以实现不同功能的逻辑门电路，包括与逻辑电路、或逻辑电路、异或逻辑电路、非逻辑电路等其他功能电路。在这之后，设计者通过研究的要求把不同的功能电路连接在一起实现总体功能。最终的FPGA内部结构可以实现目标群体所需要的功能，可以方便修改和完善。
因为不同领域的通信需求与现有的通信条件无法达成对应的匹配通信，相当于生产力无法满足现有的消费市场所产生的矛盾。如果在网络通信中遇到突发情况，千兆以太网可以快速的作出应急反应并且尽可能的修复漏洞。与专用集成电路相比，即使FPGA的运行速度可能要慢一些，所占用的空间面积也相较大很多，但是便于发现和改正程序中的错误。因为价格低廉，正在被越来越多的工业设备引用。在通信方式方面，高速串行方法越来越有优势，所以串行方式将逐渐成为千兆以太网通信方式的主流方法，提高传输速度方面的优势越加明显。运用基于FPGA的以太网通信很大程度上提高了传输通道的吞吐量和数据在通信过程中的传输速度，在实时信号处理方面有着潜在的商业应用价值和经济价值。在成本和造价方面，因为价格低廉所以广受设计者青睐。
1.3论文主要内容
本文首先深入研究了以太网通信协议，完成了FPGA与PC之间的以太网通信系统的verilog设计，并对系统进行了基于MODELS I M软件的仿真，进行了充分的时序分析。最后，通过PC端的以太网通信测试软件，验证了以太网通信系统的发送、接收和CRC校验的功能，建立了与PC机间的通信。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/54.html
