基于fpga的实时数据处理及数据千兆传输的研究

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1、Y98193伊11r大学伊l戈罄硕士学位论文题目基王曼￡丛的塞吐数据处理拯数据壬芝邕佳捡的研究作者整基完成日期2QQ§生垒目2墨旦专基于FPGA的实时数据处理及数据千兆传输的研究计算机应用专业研究生韩兵指导教师李志蜀教授现场可编程门阵列(FPGA)技术在近几年里飞速发展，并广泛的应用于各行各业，特别是军事领域里．利用FPGA和数字信号处理(DSP)能实现各种复杂算法，从而高质量的完成短波与卫星实时信号的解调、滤波和解码，另外它具有体积小、耗电少的优点，使其更适合于周围环境差、机动性要求高的部门。一直以来，后端数据的远程传输是整个系统的瓶颈。为了解决远程传输的问题，我

2、们也曾采用过一种方法，即将FPGA和DSP芯片合成PcI板卡，数据由板卡传输到计算机，然后再由计算机来实现远程传输。这样虽然完成了传输，但就计算机来说，它只是作为一个中介来用，所以既浪费资源，又使整个系统显得笨拙(系统还有前端设备)，不方便携带。因此，能不能抛开对计算机的依赖，重新设计新系统，成为了我们研究的重点。而整个研究课题的关键又在于，能否利用其它上网方式替代计算机上网。针对上述问题，本人做了以下工作：1、仔细分析网卡内部工作原理，详细剖析干兆网卡上的数据链路层(姒C)芯片和物理层(PHl『)芯片的内部结构，然后反复论证了这两种芯片和FPGA芯片结合使用的可行

3、性．2、比较各种千兆以太网控制芯片的优缺点，选用适合本设计的MAc芯片和PHY芯片：同时根据接口的控制线、数据线和地址线数量，和综合运算处理的工作量，选择设计所用的高性能FPGA芯片。3、遵循IEEE背板设计标准，设计一块以Flea、MAC和PIP／三种芯片为主体的背板，作为实验的硬件平台。设计中解决了信号线之间的串扰和电源供电不稳等一系列问题。4、利用V皿L语言，编写各种控制模块、数据处理模块和协议解析模块。控制模块实现对MAc和PHY芯片的各种寄存器的读写控制，同时配置它们的工作模式和传输速度；数据处理模块完成前端数据的实时处理；协议解析模块完成数据链路层数据的

4、发送和接收。5、利用示波器、逻辑分析仪和万用表等仪器，查找背板工作时发生异常的原因，并想办法解决故障。最后。经过我们的努力。背板运行正常，达到了预期的要求，能实现高达620MBPS的数据传输．另外我们相信经过后期的设计优化，背板的性能将有大幅度的提高。论文总体分为十章。第一章介绍芯片选型；第二章说明所用的千兆以太网基础；第三章简单介绍FPGA设计；第四章介绍千兆姒C芯片的工作原理和内部结构；第五章介绍千兆PHY芯片的工作原理和内部结构；第六章为VHDL语言介绍；第七章描述硬件平台的设计过程；第八章详细说明了软件设计和各种功能模块；第九章介绍硬件调试过程和系统测试：第

5、十章总结。关键词：FleaMACGMIICMcVHDLPHlfRESEARCHREALTlMEDATATRANSACTl0NANDGlGABlTTRANSMlSSIONBASEDONFPGASpecialty：ComputerApplicationPostgraduate：HanbingSupervisor：Prof．LIZhishuFPGAtechnologyhasgottenrapiddevelopmentinrecentyearsandgottenabroadusedinallkindsofindustries，especiallyinmilitaryaffa

6、irs．MakinguseofFPGAandDSPcanachievekindsofcomplexarithmetic，andthenmakedemodulation，filterwaveanddecodeofshortwavetogetherwithsatellitereal—timesignalintoreality．Inaddition，itsmeritsthataresmllcubageandfewelectricity-consumingadaptitselfinbadcircumstance，highlyflexibilitydepartment．Lon

7、gdistancetransmissionofterminaldatahasbeenthebottleneckofthewholesystematalltimes．WeadoptedasortofmethodwhichcomposingFPGAandDSPchipintoPCIboardcard．ThismeanscoJltransferdatafromboardcardtocomputer，thenrealizelong—distancetransmissionbythecomputer．Althoughthetransmissionhasbeencomple