GPON-FTTH系统MAC层FPGA信号处理子系统的研制

摘要

随着互联网业务的快速发展,接入网带宽成为制约网络性能的主要瓶颈。在众多的接入技术中,吉比特无源光网络(GPON)系统的优越性能及其支持多种传输模式,成为构成光接入系统、实现光纤到户(FTTH)的最佳技术支撑。构建GPON-FTTH系统,必须根据GPON协议标准及分层结构,研制高速数据处理系统,实现光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)的媒质接入控制(MAC)功能。本文主要研制基于现场可编程门阵列(FPGA)硬件模块,为进一步开展GPON-FTTH系统MAC层的研究提供工具。 论文在总结GPON网络技术发展的基础上,结合ITU-T G.984系列协议标准,介绍了GPON系统网络结构、协议分层结构以及GPON传输汇聚层(GTC)协议栈模型,探讨了GTC层主要功能和工作原理。接着,选定Xilinx公司推出的Virtex-4系列FPGA作为构成高速数据处理系统的内核,深入了解了XC4VLX100-FF1148的结构及其内部资源,研究了该芯片设计开发的具体流程。然后,分析并设计了以XC4VLX100-FF1148为核心的电源、配置、外设接口,以及存储模块,给出了FPGA通用开发板原理图,完成了六层PCB板布局布线。最后,对该开发板分模块进行了调试与验证,已成功实现了电源、JTAG链路、FLASH存储器、串口、VGA接口等功能模块,并通过调试工具将验证结果显示在PC机上。通用FPGA开发板已能够正常运行,供研究GPON-FTTH系统MAC层使用。由于采用世界上最先进的高性能FPGA器件,开发板具有高可靠、低功耗、通用性强等优点。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：专业名词中、英文简写对照

声明

第1章绪论

1.1 GPON系统简介

1.1.1 GPON的网络模型

1.1.2 GPON系统的主要特性

1.1.3 GPON网络结构

1.1.4 GPON网络的分层结构

1.2 GPON系统的传输汇聚层

1.3 FPGA简介

1.4 VHDL语言简介

1.5本文的主要工作

第2章GPON的MAC层架构

2.1 C/M面与U面

2.2 GTC两个子层的功能

2.3 GPON的管理和控制接口(OMCI)

2.3.1 ONT管理控制协议元/包格式

2.3.2 ONT中的OMCI操作

第3章Virtex-4结构分析

3.1 Virtex-4 FPGA

3.1.1 Virtex-4主要创新和优势

3.1.2 Virtexg架构描述

3.1.3 IO模块(IOB)

3.1.4可编程逻辑模块(CLB)

3.1.5存储资源

3.1.6乘法器

3.1.7时钟资源

3.2 FPGA设计流程

3.2.1功能仿真

3.2.2逻辑综合

3.2.3设计实现(布局、布线)

3.2.4时序仿真(布局、布线后仿真)

3.2.5 FPGA约束的设置

3.2.6布线资源及下载方式

3.3 FPGA高端开发技术

第4章 FPGA通用开发板设计

4.1 FPGA硬件平台中集成资源分析

4.2开发板的主要组成部分

4.3开发板硬件设计

4.3.1电源模块设计

4.3.2时钟模块设计

4.3.3 PS/2接口模块设计

4.3.4串行接口模块设计

4.3.5 VGA接口模块设计

4.3.6 USB接口模块设计

4.3.7以太网模块设计

4.3.8存储模块设计

4.3.9配置模块设计

第5章FPGA开发极研制与调试

5.1 FPGA开发板研制

5.2电源模块调试

5.3 JTAG链路调试

5.3.1 JTAG链路

5.3.2 FPGA配置流程

5.4串口调试

5.5 VGA接口调试

5.6存储FLASH调试

结束语

致谢

参考文献