用FPGA实现以太网控制器

摘要

以太网是在20世纪70年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞而开发的，而 IEEE802.3标准是在最初的以太网技术基础上于1980年开发成功的。现在，以太网一词泛指所有采用CSMA/CD协议的局域网。以太网2.0版由数字设备公司、 Intel公司和Xerox公司联合开发，它与IEEE802.3兼容。 本设计采用FPGA设计以太网控制器代替传统的ASCI设计方法，主要原因在于FPGA技术的特点，它作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原由可编程期间门电路数有限的缺点。使本设计的产品十分灵活，可以在多种用户多种开发平台，硬件环境下使用而只需要对设计进行简单的修改和编辑即可，方便了设计者和用户的使用。 本论文主要阐述了使用FPGA设计开发以太网控制器的设计开发流程，以及研究了FPGA开发方法和传统ASIC开发方法的区别和优略。主要内容为： 1．阐述FPGA技术的发展历史，现状和将来的发展趋势。 2．详细说明了FPGA设计开发以太网控制器的全过程，包括模块分析功能分析以及代码设计。 3．采用软件仿真的方法设计和验证了MODELSIM仿真平台以及仿真波形图分析。 4．对比分析了FPGA和传统的ASIC开发过程的区别以及优缺点。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1 FPGA的发展概况及现状

1.2 Xilinx公司研制开发的FPGA系列产品的主要特征

1.3技术发展分析

1.3.1亚微米技术的发展正在推动了片上系统(SOPC)的发展

1.3.2芯片朝着高密度、低压、低功耗的方向挺进

1.3.3 IP库的发展及其作用

1.3.4 FPGA动态可重构技术意义深远

第二章以太网控制器(MAC)功能结构分析

2.1以太网简述

2.1.1以太网的发展和日常应用

2.1.2以太网控制器与嵌入式系统

2.2以太网控制器简述

2.3以太网基本原理

2.2.1以太网协议的参考模型

2.2.2以太网基本工作原理

第三章代码编辑环境及语言

3.1 VERILOG HDL介绍

3.2开发平台以及仿真环境

3.3 SPARTAN-Ⅱ功能以及引脚说明

第四章主要模块功能设计

4.1 MAC子层

4.1.1基本帧数据格式

4.1.2帧传输

4.1.3帧接收

4.2媒体无关接口(Media Independent Interface)

4.3以太网控制器(MAC)的基本框架

4.4以太网控制器(MAC)程序的实现

4.4.1顶层程序——eth_top

4.4.2媒体无关接口模块(Media Independent Interface Module)

4.4.3数据发送模块

4.4.4数据接收模块

4.4.5控制模块

第五章程序的仿真与测试

5.1与PHY层的连接关系以及PHY层的实现

5.1.1 LXT971A简介

5.1.2外部PHY芯片模拟程序

5.2顶层程序

5.3仿真结果

第六章结论与总结FPGA设计心得体会

6.1 FPGA设计中的功耗控制

6.2关于时序设计

6.3 FPGA和ASIC的特点和区别

6.4以太网技术发展趋势

6.5本研究总论文结

致谢

参考文献