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以太网MAC层协议研究与FPGA实现

作　者: 曹云鹏
导　师: 钱敏
学　校: 苏州大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 以太网MAC 嵌入式系统 VerilogHDL FPGA
分类号: TP393.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

当前,以太网IEEE802.3协议和TCP/IP协议是现今嵌入式系统接入网络的首选协议。以太网协议的核心是多节点共享信道,采用载波侦听/冲突检测(CSMA/ CD)协议解决信道控制问题。本文主要阐述了对IEEE802.3协议的相关研究。设计了基于FPGA的嵌入式以太网MAC层控制器。用Verilog-HDL设计的10/100Mbps以太网控制器主要包括:片上总线系统、发送模块、接收模块和流量控制模块等几部分,给出了相关组件的并行CRC32算法、HASH算法、结合元胞自动机和线性移位反馈寄存器的随机数发生器的设计方法,实现了10Mbps和100Mbps两种传输速率,半双工和全双工两种工作模式,并实现了通过介质无关接口(MII)与以太网物理(PHY)芯片相连接。设计了时钟管理系统,以减少设计的功耗消耗,其可以根据目前的工作状态对时钟的分配进行控制,以使设计可以应用于对功耗要求较高的环境中。本文构建了完整的功能验证环境,建立了测试向量,完成了功能仿真和调试。随着集成电路复杂度的增加,验证难度也不断增加,传统的验证方法学已经越来越不能满足集成电路设计的要求。本文对采用SystemVerilog语言、VMM(Verification Methodology Manual)方法学与错误注入技术相结合的验证方法进行了相关探索。在ALTERA的FPGA上进行了验证,逻辑仿真和物理板级验证结果都表明本设计实现了10/100Mpbs以太网通信相关功能。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-11
  1.1 研究目的  8-9
  1.2 研究方向  9
  1.3 研究贡献与创新  9-11
第二章以太网MAC 协议概述  11-17
  2.1 以太网层协议  11-13
  2.2 以太网帧格式  13-14
  2.3 以太网流量控制  14-17
第三章以太网MAC 协议的设计和实现  17-32
  3.1 总体架构  17-18
  3.2 发送模块的实现  18-25
  3.3 接收模块的实现  25-27
  3.4 CRC（循环冗余）校验模块的实现  27-30
  3.5 流量控制模块的实现  30-31
  3.6 状态控制模块的实现  31-32
第四章以太网MAC 控制器系统接口的实现  32-41
  4.1 MII(介质无关)接口设计  32-33
  4.2 MII 管理模块设计  33-35
  4.3 WISHBONE 系统总线简介  35-37
  4.4 控制器总线接口设计  37-41
第五章以太网MAC 控制器时钟管理  41-45
  5.1 时钟管理的工作原理  41-42
  5.2 时钟管理的工作模式  42-44
  5.3 时钟管理优化后的功耗评估  44-45
第六章以太网MAC 控制器设计的功能验证  45-55
  6.1 全双工工作模式功能验证  45-47
  6.2 半双工工作模式传输功能验证  47-48
  6.3 MII 管理功能验证  48
  6.4 基于错误注入技术的验证方法学的研究  48-55
第七章以太网MAC 控制器的FPGA 实现及测试  55-60
  7.1 FPGA 简介  55-56
  7.2 物理层芯片的选择和自动协商  56-57
  7.3 FPGA 实现和测试过程及结果  57-60
第八章总结与展望  60-62
参考文献  62-65
攻读学位期间公开发表的论文  65-66
附录  66-67
致谢  67-68

以太网MAC层协议研究与FPGA实现

内容摘要

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