千兆以太网图像采集卡设计+文献综述(2)
近几年出现的千兆以太网技术是在100Base-TX和100Base-FX基础上发展起来的超高速网络技术，提供高达1000Mbps的连接速率，该技术一提出就得到业界人士的普遍关注。千兆以太网具有以下主要特点：
1） 简易性。千兆以太网继承了以太网和快速以太网的简易性，因此其技术原理、安装实施和管理文护都很简单。
2） 扩展性。由于千兆以太网采用标准以太网、快速以太网的基本技术，因此由10Base-T、100Base-TX升级到千兆以太网非常容易。
3） 可靠性。由于千兆以太网保留了标准以太网、快速以太网的安装文护方法，采用星型网络结构，因此网络具有很高的可靠性。
4） 经济性。由于千兆以太网是10Base-T和100Base-TX的继承和发展，一方面降低了研究成本，另一方面由于10Base-T和100Base-TX的广泛应用，作为其升级产品，千兆以太网的大量应用只是时间上的问题，为了争夺千兆以太网这个巨大市场，几乎所有著名网络公司都生产千兆以太网产品，因此其价格将会下降。千兆以太网与ATM等宽带网络技术相比，其价格优势非常明显。
5） 可管理文护性。千兆以太网采用基于简单网络管理协议（SNMP）和远程网络监视（RMON）等网络管理技术，许多厂商开发了大量的网络管理软件，使千兆以太网的集中管理和文护非常简便。
6） 广泛应用性。千兆以太网为局域主干网和城域主干网（借助单模光纤和光收发器）提供了一种高性价比的宽带传输交换平台，使得许多宽带应用能施展其魅力。
在与传统现场总线的对比测试中，以太网显示出了明显的优势，使其能够胜任高速数据采集和控制对实时性、可靠性、抗干扰性的严格要求。以太网已被证明是未来数据采集和控制网络的最佳解决方案，其应用于现场设备控制层是控制网络发展的趋势，并将极大地促进信息从传感器到管理层的集成。
1.2 论文主要内容
本课题采用运行TCP/IP协议栈的微控制器并外接千兆以太网收发器的方法来实现数字图像采集。基于FPGA高性价比、可灵活配置等特点，我们在FPGA内部利用Verilog HDL硬件语言构建嵌入式TCP/IP协议栈，并提供标准的RGMII接口，物理层则采用Marvell公司的千兆以太网PHY芯片88E1111完成对数据的编码和解码。
本课题围绕上述诸方面做了以下的研究工作：
1） 以太网体系结构及TCP/IP协议分析；
2） 千兆以太网数据采集系统的总体方案设计；
3） 数据采集卡硬件电路设计和调试；
4） 基于FPGA的Verilog HDL逻辑电路设计；
5） 系统性能测试与改进。
2 以太网及TCP/IP协议概述
2.1 以太网技术
所谓以太网(Ethernet)即指基带总线局域网，是20世纪70年代中期由Xerox公司Palo Alto研究中心开发的一种局域网技术，也是目前应用最为广泛的一种局域网技术，包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和千兆以太网（1Gbit/s）等。以太网采用载波多路监听/冲突检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD)技术。最初由Xerox公司、DEC公司和Intel公司共同开发并发布了10Mbit/s以太网标准，随着技术的发展，100Mbit/s快速以太网迅速普及开来，成为局域网的主流，而1Gbit/s千兆以太网技术的应用也逐渐成熟，10Gbit/s甚至更高速率的以太网标准也将部署。从应用领域来看，以太网不仅是局域网领域的主流技术，而且采用以太网技术来组建城域网也已成为一种趋势。
2.1.1 以太网体系结构
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：