基于FPGA的网络处理器系统研究与设计

摘要

网络处理器(NP—Network Processor)是一种应用于网络领域的器件，主要针对网络数据帧处理、协议分析、路由查找等网络任务的处理加工，极大地提升了网络处理器的速度和能力。而基于FPGA的网络处理器，可以根据需要进行灵活设置，增加了应用场合；同时，FPGA的可编程性，增加了产品在市场的寿命。多核网络处理器作为最新推出的第三代网络处理器，具有强大的性能。因此，在FPGA平台上实现网络处理器是当今研究的热点。
　　本研究分析了网络数据帧处理的类型、模式以及方法，并设计了利用FPGA来并行实现网络处理器的数据帧转发模块、数据帧过滤模块、以及数据帧交换模块等。在项目设计过程中，首先对网络处理器的概念、功能以及实现的技术做了分析；之后针对本项目的需求，设计了运用于该项目的网络处理器系统架构，在FPGA平台上实现了网络处理器的部分功能，并进行了仿真验证；最后搭建了测试环境，测试了该系统的各项功能。测试结果表明该系统能较好地完成项目预期的功能，对相关应用研究有一定的参考价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及来源

1.2 网络处理器的国内外研究及发展状况

1.3 课题研究内容及难点

1.4 课题开发过程及成果

1.5 研究内容及论文章节安排

第二章 网络处理器的功能及结构

2.1 网络处理器的功能

2.2 网络处理器的体系结构

2.3 网络处理器的时钟频率

2.4 网络处理器的核心功能模块

2.5 网络处理器处理速度的提升方法

2.6 商用网络处理器产品的实例

2.7 FPGA介绍

2.8 本章小结

第三章 网络处理器系统的构建

3.1 系统设计目标

3.2 系统框图

3.3 控制帧的数据结构

3.4 数据帧转发指令

3.5 数据帧过滤指令

3.6 数据帧交换指令

3.7 数据帧广播指令

3.8 流量统计指令

3.9 功能删除指令

3.10 其他功能模块

3.11 系统时钟

3.12 本章小结

第四章 网络处理器系统的实现

4.1开发及仿真环境

4.2 配置功能的实现

4.3 数据帧转发指令的实现

4.4数据帧过滤指令的实现

4.5 字符串交换指令的实现

4.6 流量统计指令的实现

4.7 本章小结

第五章 网络处理器系统的测试

5.1 测试环境的建立

5.2 系统测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢