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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
下 载: 255次
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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。
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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
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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