基于FPGA的网口数据传输和应用程序开发(2)
结论 35
致谢 36
参考文献 37
附录A——帧发送程序 39
附录B——帧接收程序 42
1 绪论
随着以太网技术的不断发展，网络的传输速度已经由最初的10MHz发展到现在的1000MHz。用可编程逻辑器件(FPGA)实现以太网控制器与PC机之间的数据传输成为了热点。在本章中，将对基于FPGA的网口数据传输的研究背景、研究现状及实现目标进行阐述。在此之后，阐述了FPGA设计流程和开发工具。
1. 1 课题研究背景
近年来FPGA（File Programmable GateArray现场可编程门阵列）在通信领域的应用越来越广泛，FPGA运算速度快，容易实现大规模系统，内部程序并行运行，但进行高精度复杂运算处理是FPGA的劣势，同时由于计算机具有强大的运算和处理能力，可以将高精度复杂运算处理由PC机完成后再交给FPGA完成其他工作。
雷达、气象、航天等领域不仅数据运算率巨大，数据处理复杂，而且需要实时远程高速传输，从而需要长时稳定有效的信号加以支持，以便能够获得精准的收发数据信息，更好地为工程项目服务。而以太网是一个占据绝对优势的固线连接标准。Xilinx Virtex-5以太网媒体接入控制器(以太网MAC)模块提供了专用的以太网功能，它和 Virtex-5 RocketIO GTP收发器以及SelectIO技术相结合，能够让用户与各种网络设备进行连接。在Virtex-5器件中，以太网MAC模块作为一个硬件块集成在FPGA内部。
以太网技术主要研究内容包括物理层和MAC子层。MAC子层控制器既可以集成于网络终端设备中实现网络接入，同时又是开发网桥、交换机等网络互连设备，延伸以太网传输范围的基础，在以太网接入中起到很关键的作用。另外，对于不同的以太网传输媒介，MAC子层不需要改动或者只需很小的改动。因此，开发以太网MAC控制器的IP核具有重要的意义。
1. 2 研究现状
以太网最初由DEC、Intel和Xerox三个公司共同研制，因此又称为DIX规范。随后，DIX规范被工业界广泛接受，成为事实上的工业标准，后来发展成为以太网。以太网此后性能不断提升，传输速度从最初时的10Mbps到今天最高10Gbps。在速度提升的同时，工作模式也不断丰富。交换机的出现使得冲突域被隔离开从而促使了全双工以太网的诞生。全双工模式不仅提升了以太网的吞吐量，而且打破了传输距离的限制，从而为以太网技术由局域网到广域网的扩展奠定了基础。
目前，在以太网MAC子层的实现研究方面，以太网MAC控制器主要以两种形式存在。一类是将物理层与MAC层集成到一个芯片中，成为具有完整功能的以太网卡，绝大多数的桌面系统及很多的嵌入式系统中都使用这种网卡来实现网络接入。市场上10M/100M接入芯片产品有很多，最常用的如Realtek公司的RTL8139；千兆以太网接入方案主要有Realtek公司的RTL8168、Broadcom公司的BCM5721及Marvell公司的88E8040等。上述网卡芯片都集成了物理层和MAC子层，多用于桌面应用，可以工作在全双工或半双工模式，且都支持PCI/PCIE接口，可以方便的与计算机连接。
常用于嵌入式应用的以太网芯片主要有，SMSC公司的LAN91C111系列、DAVICOM公司的DM9000系列、ASIX公司的AX88796A等。特点是支持10M/100M自适应接入，支持至少一种与处理器的总线接口，如PCMCIA、ISA总线等，不支持PCI总线。
另一类是MAC控制器作为一个独立的IP核存在。国外已经有公司开发出商用的吉比特以太网MAC控制器IP核，如德国的morethanIP公司、CAST公司。此外，FPGA制造商Altera和Xilinx也分别推出了应用于各自FPGA的10M/100M/1000M自适应以太网MAC控制器IP核。
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