基于FPGA的硬件千兆网络通信设计

摘要

随着工业产业的信息化和电子化的高速发展，对于现场信息的快速传输和测试测量成为日益急迫的需求。近年来，随着科技发展，数据采集这门技术广泛的运用于国防、工业、科技、教育等各个领域，新型电子合成仪器就是一种模块化的硬件和软件结合测试方案。它将传统测试测量仪器相同的部分模块化，把多种测量功能集成到一组功能模块上，通过应用程序完成对各个功能模块的控制和连接，实现多种测试测量仪器的作用，合成仪器本身可以按照需求进行配置，将所需要组合的功能模块通过标准的平台与接口进行互联，实现一个针对性强、兼容性好、可反复使用的新型测试测量平台方案。
　　新型电子合成仪器的数据采集与交互是仪器项目的重点所在，在现代实际的测试测量工作中，当在复杂现场采集数据之后，由于采集数据的复杂性，无法在现场对数据进行所需要的处理，这时候就需要将数据进行远程传输存储并发送到合适的终端上进行数据的解析操作。传统的数据传输无法满足要求，本论文提出的基于 FPGA的硬件千兆网络通信方案就为超远距离数据传输存储提供了一个解决思路。
　　本文主要通过UDP/IP+FPGA+DDR2的方法实现要求，本文采用使用了Xilinx公司Virtex-5系列FPGA芯片作为主控芯片，采用VHDL语言对各个模块进行层次性设计，同时利用FPGA设计内存控制器对DDR2 SDRAM进行读写控制。千兆以太网络能够实现数据高速传输，同时兼容性好，与 PC端接口连接非常方便，现场安装方便，便于使用，同时选择UDP/IP协议作为数据传输协议，UDP协议是一种无需握手操作的协议，本身资源消耗小，处理数据传输速度非常快，利于数据的快速传输。在内存的选择上使用DDR2 SDRAM，因为DDR2采用了在时钟的上升/下降沿同时进行数据传输的基本方式，而且DDR2内存的预读取能力是DDR预读取能力的2倍。能够满足数据的高速存储。
　　本文通过Xilinx公司的ISE平台根据课题要求设计出UDP/IP硬件协议栈，结合自带的IP软核资源设计出EMAC模块实现传输层与物理层的数据交互。本文同时设计了DDR2 SDRAM控制器模块对内存数据存储进行控制，最后本文还设计了以太网和DDR2的数据交互模块，实现数据传输与存储的结合。
　　在设计出各个功能模块之后，对整个系统进行了功能仿真、布局布线、逻辑分析和调试等工作，验证了本课题方案的正确性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 数据传输发展现状

1.3主控模块选择

1.4本文主要工作及章节安排

第二章 设计整体框架与理论

2.1 整体框架的设计

2.2 UDP/IP协议基本原理

2.3 UDP/IP协议工作流程

2.4 UDP/IP协议理论

2.5 DDR2 SDRAM技术

2.6 本章小结

第三章 基于UDP/IP协议的以太网数据通路的设计

3.1 以太网模块总体框架结构

3.2 UDP/IP数据包发送过程

3.3 UDP/IP传输模块设计

3.4 UDP/IP接收模块设计

3.5 MAC控制器模块设计

3.6 本章小结

第四章 DDR2 SDRAM模块设计

4.1 DDR2 SDRAM系统结构

4.2 DDR2 SDRAM操作指令

4.3 DDR2 SDRAM控制模块设计

4.4以太网与内存数据交互事务缓存处理模块设计

4.5 本章小结

第五章 验证与调试

5.1 验证和测试环境的搭建

5.2 整体系统验证

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献