基于FPGA的数据缓存与转发系统设计【毕业设计+开题报告+文献综述】

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1、本科毕业设计文献综述电子信息工程基于FPGA的数据缓存与转发系统设计前言目前，很多学者、专业技术人员在基于FPGA的IP数据报的缓存和转发方面做了深入细致的研究，已经在理论和实际中得到基本实现，但是还不够完善。为保证IP数据报传输的安全可靠性，对其系统质量的要求也日益提高，这对基于基于FPGA的IP数据报的缓存和转发方法理论和实现技术提出了更高的要求，未来的基于FPGA的I技术将向智能化、复杂化、快速化、高可靠性等方面发展。利用EDA工具进行设计、仿真和验证,能够加速设计的过程，降低开发风险，缩短开发周期。本设计采用的是FPGA芯片，它的的

2、设计周期短、灵活，能够提高系统的可靠性和集成度。它能够以其优势来处理IP数据报中的数据，大大减轻了CPU的负担。另外，它可以应用于多种场合，降低功耗，为进一步研究IP数据报的缓存和转发的系统提供条件。在未来信息无所不在的时代，网络将依靠其灵活性、可扩展性，以及建网迅速、维护方便等优势，让人们真正享受到简单、方便、快捷的连接。主题本设计主要研究的是基于FPGA的数据数据缓存和转发系统设计。本文主要是利用FPGA芯片对一串IP数据报进行缓存，并从该数据报中判断它是否符合TCP，UDP，ICMP这3种协议中的一种，然后，对符合协议的正确报文进行相

3、应的统计与限流处理，最后，把符合要求的数据报转发到相应的端口上去。IP数据报的缓存和转发系统的设计模块主要有：IP数据报的缓存、判断、正确报文的统计、限流、转发等功能。27文献[1-11]有基于ASIC和PLD的设计。文献[1]主要讲了TCP/IP协议，IP数据报，TCP、UDP、ICMP等协议，为本设计提供了理论依据。文献[2-11]主要涉及到了PLD设计，ASIC设计,SOPC设计，verilog语言，ModelSim仿真软件。PLD与ASIC设计相比，在设计IP数据缓存和转发系统方面，ASIC能够为特定的用户或者端口传输IP数据，这样

4、，对于一部分用户是切实可行的。但是，如果是多个普通用户，ASIC不能提供IP数据传输系统所需要的条件。PLD在设计IP数据缓存和转发系统方面是面向普通用户的，它开发周期短、投资风险小、产品上市速度快、适应能力强。为IP数据缓存和转发系统的设计提供了更好的条件。但是，SOPC的出现，使得PLD设计流程变得更为复杂。这些文献中也提到Verilog语言简单、易懂。对仿真软件ModelSim也有明确的讲解，在此次设计中将使用ModelSimSE6.5。文献[11-20]有基于FPGA和CPLD的设计。文献[11]主要讲了TCP/IP协议，IP数据报

5、，TCP、UDP、ICMP等协议，为本设计提供了理论依据。文献[12-20]主要涉及到了FPGA、CPLD芯片，verilog语言，ModelSim仿真软件。PLD包括FPGA和CPLD芯片。FPGA与CPLD相比，CPLD适合组合逻辑，使用方便，速度快，保密性好。这给设计IP数据缓存和转发系统提供了很好的安全保障，而且，能够让各个用户之间快速，便捷的“交流”。而本设计主要是要完成时序逻辑的，在编程上要灵活。CPLD不符合要求。这就给FPGA提供了机会，在设计IP数据缓存和转发系统方面,FPGA更适合完成时序逻辑，集成度高，在编程上，FPG

6、A有着更大的灵活性，发现错误时可直接进行修改，FPGA一般可以反复编程、擦除。这样，减少了投片风险，节省了许多潜在的花费。而且，开发过程投资小，所以，规模越来越大。Verilog语言简单、易懂。一个完整的FPGA设计流程主要包括：电路设计、输入、功能仿真、综合、综合后仿真、实现、等主要步骤。根据安全逻辑需求，本文进行了基于FPGA的数据缓存和转发系统的设计。文中列出了功能实现框图，该框图包含5个功能模块，分别是IP数据报的缓存模块、判断模块、计数模块、限流模块、转发模块。缓存模块主要实现IP数据报的缓存，为下面的判断模块打下基础；判断模块主

7、要是判断报文头部的版本号、头长度、协议类型（TCP,UDP,ICMP）等功能；计数模块实现了TCP、UDP和ICMP报文个数统计，以及这三种类型报文的总数；为了防止报文泛滥使得系统瘫痪，限流模块设定了接收正确报文的总数，如果超过设定值，报文将被过滤掉；转发模块实现报文目的地址的提取，并根据该目的地址将数据报转发到相应的端口上。最后，本论文采用VerilogHDL硬件描述语言编写了5个功能模块的源程序和测试程序，在Modelsim软件上进行了功能仿真。仿真结果表明，这5个模块已经实现了各自的基本功能。27总结通过阅读这些文献，每一种设计都有自

8、己的好处和不足。例如：PLD与ASIC设计相比，在设计IP数据缓存和转发系统方面，ASIC能够为特定的用户或者端口传输IP数据，这样，对于一部分用户是切实可行的。但是，如果是多个