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基于FPGA的光纤以太网智能分路器的设计

作　者: 宋伟
导　师: 贺前华; 张颖
学　校: 华南理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 网络安全 FPGA 分路器 光纤 以太网
分类号: TP393.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 32次
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内容摘要


当前,企事业单位的信息化已经非常普遍,如果一些关键设备出现长时间的故障,将会造成业务的中断,并且由于业务的不可用而影响企业的信誉,所造成的损失是难以估计的。因此,网络设备的高可用性显得越来越重要。本文介绍的基于FPGA的光纤以太网智能分路器可以提供高可用性,采用纯硬件的方法实现主备用设备的备份处理。其工作场景是智能分路器前端连接到外部光网络,中间连接主用设备和备用设备,后端通过光纤或电缆连接到局域网。正常情况下,把主用设备串入网络,当主用设备发生故障时自动切换到备用状态,从而保证网络不因单个设备的故障而瘫痪。此外,还提供硬件直通功能,当需要进行设备升级或者维修的情况下,系统先切换到掉电直通工作状态,然后进行设备升级或者维修,保证主干网络不中断。本文的主要工作内容有：1.根据网络安全系统的工程要求、技术特点和功能需要,设计一种可靠、方便的智能以太网分路系统框架。包括光模块处理,电模块处理、光电信号转换及链路切换控制处理。2.设计光纤以太网分路器的硬件方案,包括FPGA电路、千兆以太网、串并转换、光模块电路、串口通信模块和系统电源等。3.完成FPGA的模块设计,包括接收和发送数据帧模块、PCS模块、MDIO接口模块、SFP监测模块和内部数据寄存器统计模块等,完成veriolg代码编写、仿真及调试。4.完成样机制作,包括硬件电路的调试和修改,确保系统样机工作稳定,满足项目要求,实现预期功能。5.样机测试,在满足功能的基础上对系统进行优化,包括降低系统功耗,优化程序,使系统最优化。本文的研究内容是网络安全系统中的一种硬件切换设备,在一定程度上可以提升系统的安全性,并方便维护,在光纤线路中很好的利用了原有的电接口以太网设备,从而降低了实现光纤到桌面的运营成本。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 光纤以太网智能分路系统需求分析  10-12
  1.3 本文所完成的主要工作  12
  1.4 章节安排  12-14
第二章 智能分路器概要设计  14-21
  2.1 智能分路器工作场景  14-15
  2.2 智能分路器系统框架  15-17
  2.3 相关通信协议  17-20
    2.3.1 以太网标准及帧结构  17-18
    2.3.2 8B/10B编解码  18-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章 智能分路器硬件设计  21-36
  3.1 智能分路器主要模块设计  21-32
    3.1.1 FPGA主控模块  21-23
    3.1.2 电信号处理模块  23-26
    3.1.3 光信号处理模块  26-29
    3.1.4 光开关直通模块  29-30
    3.1.5 状态指示模块  30-31
    3.1.6 电源供电模块  31-32
  3.2 智能分路器PCB设计  32-35
    3.2.1 电路板叠层结构  32-33
    3.2.2 信号完整性分析  33-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章 智能分路器FPGA代码设计  36-51
  4.1 智能分路器FPGA代码总体设计  36-40
  4.2 智能分路器FPGA主要模块设计  40-50
    4.2.1 接收和发送数据帧模块  40-42
    4.2.2 物理编码层(PCS)模块  42-44
    4.2.3 MDIO接口控制模块  44-46
    4.2.4 SFP接口监测模块  46-47
    4.2.5 内部数据统计寄存器模块  47-49
    4.2.6 CRC校验模块  49-50
  4.3 本章小结  50-51
第五章 系统测试及结果分析  51-61
  5.1 系统硬件调试  51-53
    5.1.1 电路板调试  51
    5.1.2 FPGA硬件调试  51-53
  5.2 系统测试步骤  53-56
    5.2.1 测试环境  53-54
    5.2.2 测试项目  54
    5.2.3 相关测试软件  54-56
  5.3 系统测试结果及分析  56-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-62
附录  62-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间取得的研究成果  66-67
致谢  67-68
附件  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 > 局域网（LAN）、城域网（MAN） > 以太网
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