基于FPGA的高速任意以太网帧流量发生器的实现.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又基于FPGA的高速任意以太网帧流量发生器的实现作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：任志恒物理电子学武杰副教授二。一一年四月三十日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeImplementationofHighSpeedEthernetTraff-CGeneratorBasedonFPGAAuthor’SName：ZhihengRenpeciality：PhysicalElectronicspeclaltVPhVSlCa

2、t5lectronlcslSupervisor：11●'11rinlslledtime：AssojProf．Jie肋Apr．30m，201中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规

3、定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。／瓯公开口保密(年)作者签名：弹槲期：一导师签名：豸一杰签字日期：?√’f·f一塑墅．．．————————————————————————————————————————————一摘要在以大型地震采集系统为代表的大型传感器网络的开发过程中，需要～款可以仿真实际采集过程中产生的高速数据流，为测试高速以太网为

4、传输介质的数传网络或相关应用程序的诸如逻辑正确性、吞吐能力等指标提供测试激励的流量发生器。该流量发生器需提供自由地配置帧长度、帧间隔长度，任意选择各字段的填充算法，以及提供千兆和百兆两种速率模式等功能。目前存在的流量发生器主要为软件实现，难以做到精确控制帧间隔等参数。硬件实现的多为用于通信网络测试的大型企业产品，由于其价格和灵活性等局限性，并不适合用于实验室测试。因此我们需要开发一款硬件的满足以上要求的可用于实验室测试的以太网流量发生器。本文用FPGA实现了这样的任意以太网帧流量发生器。所谓任意以太网帧，是指该发生器可以产生物理层之上的任意通用或

5、自定义协议的帧格式，而且帧与帧之间对应字段的关系满足测试规定的填充算法，以形成整体的特定流量模拟行为，满足测试要求。根据这样的要求，本设计核心硬件逻辑并没有采用传统的基于状态机的协议逐层封装方式，丽是依据与数据帧并行置入硬件的字段填充算法标示域对数据帧进行重新写入的创造性思路。由主机通过串口对FPGA和GPHY的各工作参数进行配置，由FPGA根据配置信息完成对帧的发送和重填充。数据帧和帧闯隔的生成过程不需要软件的干预，保证了全线速的发包。其架构具备较强的灵活性、移植性和可扩展性。经验证，本平台可以在于兆和百兆速率模式下，以100％的链路利用率按照

6、命令精确生成和发送以太网流量，满足上述所有要求。该平台可用于基于以太网的数传系统以及应用程序的测试，本文对一款Linux捕包软件在不同帧长度的情形下的捕包性能进行了测试，并指出了软件处理短帧的局限性。测试同时也证明了本平台的高速性和灵活性。关键词：千兆以太网，流量发生器，FPGA，GPHY，GMIIAbstractIIABSTRACTDuringtheprocessofdevelopmentoflargescalesensornetwork，weneedahighlyconfigurableandscalableEthemettrafficgen

7、eratorthatcanprovideemulationofframetrafficinrealdataacquisition，inordertocarryoutspecifictestlikefunctionallycorrectandthroughputcapacityofthenetworkornetworkapplications．Thetrafficgeneratorshouldbeabletochoosethespeed，adjusttheframelength，inter—framegapandthefillingalgorith

8、mofeachframefield．Thecurrentlyexistingsolutionsaremostlysoftware—bas