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1、华中科技大学硕士学位论文基于FPGA的以太网MAC协议的设计与实现姓名：严力申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：程文青2011-01-09华中科技大学硕士学位论文摘要随着互联网的飞速发展，以太网的应用也越来越广泛，速度也越来越快。在网络安全领域，通常使用网络过滤设备来对大量的以太网数据包进行分析。网络过滤设备正常工作的关键是对以太网数据包的正确收发，而这也正是以太网MAC（媒体接入控制）层的主要功能。以太网MAC协议的设计实现，在以太网的相关应用中有十分重要的作用。同时，采用FPGA作为设计实现的载体，可以缩短
2、开发周期，为调试修改提供便利。本文在对MAC协议进行分析理解的基础上，将整个MAC协议的实现分为数据接收，数据发送和控制管理三个部分，并说明了他们之间的相互关系。此外，各个部分按照数据流向和具体功能又划分了若干个子模块。数据接收和发送部分主要划分了接口转换，前导帧处理，校验码处理等模块，负责对发送和接收的数据进行处理分析。控制管理部分则为外部调试与配置提供了相应的接口，包括流量统计信息的读取，外部PHY芯片的配置等。在详细阐述了各模块的设计实现之后，本文针对系统特点，搭建了仿真平台，给出了模块级和系统级的仿真结果，最后在硬
3、件上测试之后，对仿真和测试的结果进行了分析。本文设计实现的MAC协议以Altera公司的Cyclone3系列的FPGA芯片为载体，运用VerilogHDL语言进行RTL级别的功能描述，能够实时地处理千兆的网络数据流量，并且可以通过CPU总线对外部PHY芯片进行配置，达到了预期的目标。关键词:以太网,MAC,FPGA,VerilogI华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofInternet,Ethernetapplicationsareincreasinglyused,and
4、theirspeedisfasterandfaster.Inthefieldofnetworksecurity,wetypicallyusenetworkfilteringdevicestoanalyseEthernetpackets.Tomakenetworkfilteringdeviecesworkproperly,thekeyiscorrectlytosendandreceiveEthernetdatapackets,andthisisalsotheEthernetmediaaccesscontrol(MAC)lay
5、er'smainfunction.ThedesignandimplementationofEthernetMAChasanimportantroleinrelatedapplications.Meanwhile,asthedesignandimplementationcarrier,FPGAcanshortenthedevelopmentcycleandmakesdebuggingveryconvenient.BasedontheanalysisofMACprotocols,thispaperdividestheimple
6、mentationintothreeparts,includingdatareception,datatransmissionandmanagement.Inaddition,weusediagramtoshowtherelationshipbetweenthesethreeparts,whicharefurtherdividedaccordingtothedataprocessingflowandspecificfeatures.Thedatareceptionandtransmissionpartsarerespons
7、ilefordataanalysisandprocessing,whichmainlyincludeinterfaceconversion,leadingframeandchecksumprocessingmodules.Themanagementpartprovidesadebuggingandconfigurationinterface,includingtrafficstatistics,PHYchipconfigurationetc.Afterdetaileddesignandimplementationofeac
8、hmodule,wesetupasimulationplatformandgetthesimulationresultsinmodulelevelandsystemlevel.Finally,wetestourdesigninhardwareandanalyzethesimulationandtestr
