基于FPGA的以太网通信数据传输的设计与实现(3)
1.2 选题背景及意义
我们知道，当我们在浏览器里面输入网址时，DNS服务器会自动把它解析为IP地址，浏览器实际上查找的是IP地址而不是网址。那么IP地址是如何转换为第二层物理地址（即MAC地址）的呢？在局域网中，这是通过ARP协议来完成的。ARP协议对网络安全具有重要的意义。通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗，能够在网络中产生大量的ARP通信量使网络阻塞。所以网管们应深入理解ARP协议。
基于上述原因，本论文针对ARP进行了系统的剖析和模块构造，可以有助于读者对ARP有更加细致的了解，同时也能对工程师或者计算机爱好者在基于FPGA的平台上构建ARP协议有一定的帮助。
1.3 本论文的主要内容
本论文的主要内容是利用verilog语言为逻辑语言，以EP3C120F780C8型FPGA芯片为主控芯片，实现88E1111千兆网卡与电脑之间的ARP协议通信。本文集中讨论的是ARP协议的实现。
论文内容具体包括：
1、基于FPGA的以太网ARP通信的总体框架和思路。
2、以太网协议及ARP协议介绍。
3、FPGA千兆网开发板的硬件设计。
4、基于FPGA的ARP逻辑电路设计与编程。
5、在硬件电路中对设计电路进行下载测试，用Wireshark抓包观察结果。
2 总体设计
2.1 系统总体框架
本文主要通过FPGA实现ARP协议，首先创建网络层（ARP协议模块）与MAC层（数据链路层即以太网控制器）的连接，当发送ARP帧时，实现帧的打包处理；当接收ARP帧时，实现帧的拆包处理和分析。其次创建MAC层与PHY的连接，这一部分就是恰当控制数据流的时序，使得数据在字节流和半字节流之间转换，以便发送或者接收的ARP帧符合PHY的时序要求。
总体框架见下图：
图1：系统总体框架图
说明：总体框架分为两部分——FPGA+PHY，PHY即8E1111网卡芯片。
2.2 系统开发工具
EDA技术以大规模可编程逻辑器件为载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述为主要表达方式，以EDA开发软件为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑转换，直至对于特定目标芯片的逻辑映射、编程下载等工作，最后形成集成电子系或专用集成芯片的一门新技术。简而言之，EDA技术就是利用软件程序和工具来设计并实现硬件产品。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可行性，并减轻了设计者的劳动强度。
目前，EDA技术已经成为现代电子设计领域的基本手段，涵盖印制电路板(PCB)设计、可编程逻辑器件开发、专用集成芯片设计以及系统验证等诸多领域。
2.2.1 Altium Designer 6.0
本设计采用AD6.0软件来制作开发板的原理图、PCB图等。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。
这款最新高版本Altium Designer 6除了全面继承99SE，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA和PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。
2.2.2 Quartus II 11.0
本设计采用Quartus II开发软件，其提供了一种与结构无关的全集成化设计环境，使设计者能对Altera的各种产品系列方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Quartus II开发系统具有强大的处理能力和高度的灵活性，它的优点主要表现在以下方面：
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