基于fpga的万兆以太网数据分发平台设计

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1、基于FPGA的万兆以太网数据分发平台设计夏杨2016年1月基于FPGA的万兆以太网数据分发平台设计作者姓名夏杨学院名称信息与电子学院指导教师王学田教授答辩委员会主席仲顺安教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月Designof10GigEdatadistributionplatformbasedonFPGACandidateName：YangXiaSchoolorDepartment:InformationandElectronicsFacultyMentor:Prof.XuetianWangCha

2、ir,ThesisCommittee：Prof.ShunanZhongDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ElectronicScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或

3、其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要万兆以太网具备传输速率高、兼容性高等优势。随着网络技术的不断发展，万兆以太网各方面成本大幅降低，应用范围也逐步扩大。在万兆网络条件下，使用FPGA实现全硬件协议栈可以节约硬件成本，适用于不同情况的网络环境中，令系统的执行效率更高。本文首先介绍了万兆以太网的技术应用，并总结了国内外相关研究的前沿方向。面对万兆以太网广阔的应用前景，设计了基于FPGA的万兆以太网数据分发平台。接

4、下来阐述了UDP、ARP、IGMP等网络协议栈的内容及网络协议栈的硬件实现原理，采用外部物理层芯片，提供了一种FPGA实现硬件协议栈的解决方案，本文的重点也在使用VHDL编程语言在FPGA上进行硬件代码设计。随后对数据分发平台的系统进行概述，阐述了系统的运行流程和系统规模，并详细说明了系统各模块的具体功能及实现方法。采用适用于万兆网络数据收发的验证平台，验证了数据分发平台对UDP、ARP、IGMP协议的支持情况。并对系统进行了配置下载、数据分拣打包、状态上报等功能的验证及接收、发送性能的测试。综上，本文设计了基于FPGA的万兆以太网数据分发平台，支持

5、UDP、ARP、IGMP等网络协议；具备接收、分拣、打包、发送等数据分发功能；使用了上位机配置软件，可使用上位机对FPGA进行远程配置；FPGA可实时反馈运行状态；在实际测试中系统能够达到6000Mbps及以上的传输速率，满足万兆以太网高速传输的性能要求。关键词：万兆以太网；FPGA；硬件协议栈；数据分发；VHDLI北京理工大学硕士学位论文AbstractGigabitEthernethastheadvantagesofhightransferrate,highercompatibilityandothers.Withthecontinuousdev

6、elopmentofnetworktechnology,GigabitEthernetcostreductionsinallaspects,hasgraduallyexpandedthescopeofapplication.UnderGigabitnetworkconditions,usingFPGAtoachievefullhardwarestackcansavehardwarecostsandbeappliedtothenetworkenvironmentindifferentsituations,aswellasachievethehigher

7、efficiencyofthesystem.Firstofall,thispaperintroducesapplicationofGigabitEthernettechnology,andsummarizestherelevantresearchathomeandabroadinthefrontdirection.FacingtheGigabitEthernetbroadapplicationprospects,itdesignsGigabitEthernetdatadistributionplatformbasedonFPGA.Thenitelab

8、oratestheUDP,ARP,IGMPandothernetworkprotocolstackconte