基于FPGA的网口数据传输和应用程序开发(4)
1. 4 论文研究内容和章节安排
1.4.1 论文研究工作
本文主要完成的工作有：
1、实现往FPGA内嵌MAC里写数据，通过Xilinx推出的嵌入式处理设计平台Studio工具（Xilinx Platform Studio）完成，可用LED灯验证数据是否传输。
2、将FPGA内嵌MAC的数据传输到PHY(88E1111)芯片，之后经由变压器传到RJ45，最终通过网口传送至PC机。
3、通过抓包软件(Wireshark)，监视PC机和FPGA之间的传输状态和流动情况。
4、改进整体设计，尽量提高每秒传输的数据量。
1.4.2 章节安排
本文主要分为五个章节，各个章节安排如下：
第一章阐述了基于FPGA的网口数据传输和应用程序开发的研究背景、研究现状和研究目标。然后介绍了FPGA的设计流程和开发工具；
第二章详细描述了以太网控制器MAC的工作机制；
第三章和第四章是本文的重点，分别完成了系统硬件模块设计和软件程序设计；
第五章则完成在硬件平台上的测试。
2 以太网控制器MAC工作机制
2. 1 引言
以太网最早由Xerox（施乐）公司创建，于1980年DEC、lntel和Xerox三家公司联合开发成为一个标准。以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太网，采用的是CSMA/CD访问控制法，它们都符合IEEE802.3协议标准。
2. 2 以太网工作原理
2.2.1 OSI（开放系统互连）参考模型
IEEE802.3在制订时的一个基本思想是对系统进行逻辑划分，研究各层之间如何通信。早在1983年国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）就为数据通信网的体系结构制订了一个通用的标准，它称为开放系统互连（Open Systems Interconnection，OSI）参考模型，在OSI参考模型中，为了便于网络的组织和设计，采用分层结构。图2.1为IEEE802.3体系结构模型。
图2.1 IEEE 802.3 2002以太网模型
1）第一层物理层（physical layer）：物理层的任务是为上一层送来的数据提供一个透明传输比特流的物理连接。所以物理层传输数据的单位是比特，而不管这些比特代表什么意义。物理层还负责物理媒体的连通（或激活activate）、文持和释放（或去激活deactivate）等。所以物理层要解决的问题包括：确定传输电压和电路阻抗值、传输速率、传输方向、连接器的物理参数（插孔数目、形状和尺寸等）。物理层协议主要有EIA-232和RS-449接口标准。EIA-232标准适用于通过标准电话线线路传输数据时的物理层接口，而RS-449标准则适用于宽带线路。
2）第二层数据链路层（data link layer）：数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，以帧为单位无差错的传输数据。它需要将上一层送来的数据加上所需的控制信息组成帧，然后按顺序发送给物理层，并处理对方送回来的“确认”帧。它还需要负责链路的连通、文持和释放，并且识别帧的边界和检测到接收数据中有差错时通知对方重发这一帧，直至正确接收为止。此层中加入的控制信息包括帧同步信息、地址信息、差错控制和流量控制信息等。高级数据链路控制（High-level Data Link Control，HDLC）规程是此层的主要通信协议之一。这里的“规程”是早期用的名词，一直沿用至今，它和协议的含义是一样的。
3）第三层网络层（network layer）：网络层的任务是选择适当的路由和交换节点，使数据透明的传输到目的地。网络层中的传输数据单位是分组（packet），或称包。因此，该层要负责将上一层送来的数据分组和对方发来的分组拆卸，并解决分组的丢失、重复传送和顺序颠倒等问题。
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