本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的萬兆以太網(wǎng)TCP硬件協(xié)議棧設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 萬兆以太網(wǎng) 傳輸控制協(xié)議 硬件協(xié)議棧 FPGA

【摘要】：隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬逐步提升,千兆以太網(wǎng)、萬兆以太網(wǎng)等高速率的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸標(biāo)準(zhǔn)被相繼提出。如何在提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的同時(shí),又能夠盡量減少處理器的開銷,確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性,一直是高性能數(shù)據(jù)處理的熱點(diǎn)。如果用CPU和軟件協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)中普遍采用的TCP/IP協(xié)議,由于CPU本身是一個(gè)通用處理器,其數(shù)據(jù)通道、指令集以及自身的體系結(jié)構(gòu)都不是為處理TCP/IP協(xié)議而專門設(shè)計(jì)的。因此,CPU處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的能力有限。在萬兆以太網(wǎng)中,如果依然采用CPU來處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,則會(huì)占用大量的CPU資源,浪費(fèi)片內(nèi)存儲(chǔ)資源、利用率低并且功耗大。本文中針對(duì)上述問題,利用FPGA實(shí)現(xiàn)了基于TCP/IP協(xié)議的硬件精簡(jiǎn)TCP協(xié)議棧,利用FPGA開發(fā)周期短,調(diào)試方便的優(yōu)勢(shì),以及硬件自身帶寬大,處理速度快,信息處理延時(shí)低等特點(diǎn)。將CPU之前承擔(dān)的對(duì)通信協(xié)議的處理轉(zhuǎn)移到專用硬件設(shè)備上,提高整體系統(tǒng)的使用效率,減輕CPU的負(fù)擔(dān),使之可以分配更多的資源處理系統(tǒng)內(nèi)的其他任務(wù)。解決當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中普遍存在的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬小,數(shù)據(jù)處理速度慢等限制,提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸和利用效率。TCP協(xié)議本身可以有效保證高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自身的正確性和完整性。本文提出的工作在萬兆以太網(wǎng)環(huán)境下的TCP硬件協(xié)議棧以及相關(guān)的TCP/IP協(xié)議,通過VHDL硬件描述語言和Xilinx的ISE開發(fā)套件進(jìn)行了模塊化的編寫和系統(tǒng)的集成,對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行了功能仿真和板級(jí)驗(yàn)證,并且將生成的比特流文件下載到FPGA硬件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試和聯(lián)調(diào)。在通用計(jì)算機(jī)上利用抓包軟件和配套測(cè)試軟件對(duì)設(shè)計(jì)的協(xié)議棧進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證,測(cè)試結(jié)果基本驗(yàn)證了模塊設(shè)計(jì)符合功能和性能上的要求。
【關(guān)鍵詞】：萬兆以太網(wǎng) 傳輸控制協(xié)議 硬件協(xié)議棧 FPGA
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP393.04
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究的目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)10-12
• 1.3 論文的主要工作和貢獻(xiàn)12-13
• 1.4 論文的組織章節(jié)13-15
• 第二章 傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議15-36
• 2.1 引言15
• 2.2 協(xié)議的分層15-17
• 2.3 網(wǎng)際協(xié)議（IP協(xié)議）17-20
• 2.3.1 概述17
• 2.3.2 首部的格式17-20
• 2.4 地址解析協(xié)議（ARP協(xié)議）20-22
• 2.4.1 概述20
• 2.4.2 協(xié)議幀的格式20-21
• 2.4.3 報(bào)文的處理流程21-22
• 2.5 傳輸控制協(xié)議（TCP協(xié)議）22-35
• 2.5.1 概述22-23
• 2.5.2 協(xié)議幀的格式23-25
• 2.5.3 連接的建立過程25-26
• 2.5.4 數(shù)據(jù)的傳輸過程26-27
• 2.5.5 連接的終止過程27-29
• 2.5.6 連接復(fù)位29
• 2.5.7 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖29-30
• 2.5.8 窗口參數(shù)與流量控制30-31
• 2.5.9 差錯(cuò)控制31-34
• 2.5.10 擁塞控制34-35
• 2.6 本章總結(jié)35-36
• 第三章 萬兆以太網(wǎng)中相關(guān)協(xié)議棧的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)36-50
• 3.1 物理層接口模塊與介質(zhì)訪問控制子層模塊36-37
• 3.2 地址解析協(xié)議模塊37-40
• 3.2.1 模塊功能介紹37
• 3.2.2 模塊工作流程圖37-38
• 3.2.3 應(yīng)答功能模塊38-39
• 3.2.4 詢問功能模塊39-40
• 3.3 傳輸控制協(xié)議模塊40-49
• 3.3.1 服務(wù)器端功能模塊40-43
• 3.3.2 客戶端功能模塊43-47
• 3.3.3 簡(jiǎn)化的傳輸控制協(xié)議棧47-49
• 3.4 本章總結(jié)49-50
• 第四章 系統(tǒng)功能驗(yàn)證與性能測(cè)試50-63
• 4.1 基于FPGA的硬件開發(fā)平臺(tái)50-51
• 4.2 地址解析協(xié)議模塊功能驗(yàn)證51-53
• 4.3 傳輸控制協(xié)議模塊功能驗(yàn)證53-58
• 4.4 傳輸控制協(xié)議模塊性能測(cè)試58-61
• 4.5 本章總結(jié)61-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-67
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單67-68
• 致謝68

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本文編號(hào)：927064