基于fpga的嵌入式tcp2fip协议栈的实现

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1、华东师范大学硕士学位论文很低。同时，还使其它的应用程序得不到充分的CPU资源，从而影响整个系统性能，导致广阔的带宽资源得不到充分的利用。TCP／IP协议的主要作用是嘲络的连接和数据的打包和拆包。TCP／IP协议分为很多层，不同层实现不同的功能。当网络要传输数据时，各个层要在这个数据上加上各个层的头信息，以便当数据从源主机发送到目的主机后，目的主机的相应的层能识别。同样，当接收一个包时，各个层进行拆包的工作。这些过程，如果是用软件来实现的话，都会花销CPU的资源。当网络速度达到G比特数量级时，主CPU就越来越繁忙，其中大部分处理负荷都是来自对TCP／IP协议的处理口】，例如对IP数据包的

2、校验处理、对TCP数据流的可靠性和一致性处理。大量协议数据还需要通过I／O中断进行操作，不断在网络接口缓冲区和应用程序内存之间进行数据交换，这些额外负担极大地降低了主CPU的处理效率，增加了应用计算的平均等待时间。按照CPU对网络数据流的处理比率分析，大概CPU每处理l比特网络数据，就将消耗IHz的处理性能，也就是说需要20GHz的CPU处理能力满负荷运行才能满足IOGB以太网数据流的处理要求。另外，在一些CPU性能较低的系统中，要实现TCP／IP协议的话，这样的系统就不能满足要求。因为要实现TCP／IP协议，CPU需要能实时处理网络数据包的能力，也就是说对于网络数据包的打包和拆包能比

3、较快速的进行。相对来说，这样就要依靠较高的CPU系统资源，而像8051这类MCU没有这样的资源。所以当要求在这样的系统中实现网络的连接的话，就不可能实现了。然而，目前在许多的应用中，还是使用的像8051之类的MCU；如果要在这样的系统上实现网络连接功能，就迫切需要一种解决这个矛盾的方案。也是因为目前像8051这类的MCU应用很广，所以实现这样的一种解决方案也是很有意义的。同时，由于目前对TCP／IP协议进行处理都是采用通用CPU及其配套的系统结构，而这种体系下CPU的主要功能是进行通用计算，并非进行输入输出操作。因此在网络带宽和速度飞速发展的情况下，网络链路速度高于CPU对TCP／IP

4、协议栈的处理速度将导致系统的输入输出系统成为网络瓶颈。1．2研究意义基于以上的背景，用完全硬件来实现TCP／IP协议栈是很有应用价值的。华东师范大学硕士学位论文第一：如果这个芯片应用于高速的网络数据处理，如上面所提到的，可以减轻CPU的负担，提高整个系统的工作性能。在这样一个系统上，可以实现需要高网络资源的应用。比如说，在家用数字电视的机顶盒上，使用这样的芯片，可以实现高清晰数字电视信号的接收。这样的一个芯片因为可以应用在无中央处理器的网络接入系统上，所以这样的芯片可以通过简单的设置，就可以实现数字机顶盒的上网功能。又比如，这个芯片可以应用在高速网卡上，实现网络的超高速数据传输，减轻C

5、PU的负担。如图1—2所示，在现在目前的计算机系统中，一般采用的是网络数据报通过网卡进入CPU。在这里，网卡的作用是实现物理层的作用，把光电信号转换为计算机系统识别的二进制信号前面已经讨论过，这样进行数据处理的话，不能满足实时性的要求，对于处理大块的网络数据，也会出现耗目前处理网络数据报的模式本设计处理网络数据报的模式图1—2两种对网络数据的处理方式3华东师范大学硕上学位论文费资源过多的问题。基于以上的原因，我们提出了如图1--3所示的设计，来解决这个矛盾。第二：如果这个芯片应用于嵌入式系统的话，可以实现嵌入式系统的网络链接。在这样的系统中，MCU的资源比较少，依靠一个独立的TCP／I

6、P芯片处理网络数据，这样就可以在不使用MCU资源的情况下，实现嵌入式系统的的网络连接。比如，在工业控制方面的应用中，使用这样的TCP／IP芯片的系统，可以实现远程控制、远程抄表等的应用。第三，如果这个芯片应用于无操作系统应用中，也可以实现网络的连接功能。比如，可以实现MP3的上网功能。集成了这款芯片的MP3，就可以不需要MCU和操作系统的情况下，通过网络进行数据的下载。这种方案，也无疑是实现了低成本的高性能MP3方案。当然，可以应用在MP3上，这款芯片也适用于MP4等手持移动消费电子类产品上。1．3国内外的发展现状1)清华大学微电子研究所做过这方面的研究，在《微电子学》上发表过一篇论文

7、{TCP／IP协议的ASIC设计与实现》H3。文章介绍了一种TCP／IP协议族传输、处理TCP数据段和IP数据报过程的ASIC设计——-TCP／IP协议处理器的硬件实现。简单介绍了TCP／IP协议，着重介绍了TCP／IP协议处理器系统结构以及各模块设计。硬件实现的TCP／IP协议处理器提高了IP数据报的处理速度，更重要的是，将Internet网络数据传输从传统的依赖电子计算机系统的模式中解放出来，实现了脱离计算机系统环境建立Internet网络