在眾多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中,以太網(wǎng)技術(shù)無疑是應(yīng)用范圍最廣的一種,MAC(Media Access Control)控制器作為以太網(wǎng)技術(shù)中重要的一個(gè)部分,它實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層中MAC子層的功能。本文依托“MC-SOC(Module Changeable-System on Chip)芯片研制”項(xiàng)目,設(shè)計(jì)了一個(gè)以太網(wǎng)MAC控制器,作為MC-SOC中的一個(gè)重要模塊,為其提供了可以遠(yuǎn)程升級硬件的功能。根據(jù)MC-SOC的應(yīng)用場景,并通過對MAC子層相關(guān)協(xié)議的認(rèn)真研讀,明確了以太網(wǎng)MAC控制器的具體功能,并為其指定相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。本文所設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)MAC控制器支持10/100/1000M網(wǎng)速下半/全雙工兩種工作模式,并且支持IEEE802.3x中全雙工模式下的流量控制,提供與主機(jī)通信時(shí)使用到的AHB接口并遵循AMBA2.0相關(guān)協(xié)議,還提供與物理層通信時(shí)使用的GMII/MII接口并遵循相關(guān)協(xié)議規(guī)范。為了實(shí)現(xiàn)這些功能,本文制定出了以太網(wǎng)MAC控制器的模塊劃分方案,分別為:AHB接口模塊、DMA控制器模塊、MAC事務(wù)層模塊、MAC核心模塊,根據(jù)每個(gè)模塊所需要實(shí)現(xiàn)的功能和接口定義,使用verilog硬件描述語言對各個(gè)模塊進(jìn)行描述和實(shí)現(xiàn)。由于本文所設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)MAC控制器是集成在MC-SOC當(dāng)中的,所以在驗(yàn)證時(shí)選用SOC驗(yàn)證常用方法——軟硬件協(xié)同驗(yàn)證。通過編寫控制處理器的c代碼,對以太網(wǎng)MAC控制器進(jìn)行初始化后開始正常工作。本文對以太網(wǎng)MAC控制器的各個(gè)模塊分別進(jìn)行了功能驗(yàn)證,通過觀察仿真波形可知,本文所設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)MAC控制器均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。最終利用FPGA原型開發(fā)板進(jìn)行了上板調(diào)試,結(jié)果表明,裝載了以太網(wǎng)MAC控制器的FPGA開發(fā)板能成功和PC及進(jìn)行通信,最終驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)MAC控制器的正確性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN47;TP393.11
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 以太網(wǎng)的發(fā)展歷程
    1.3 論文的組織架構(gòu)
第二章 以太網(wǎng)MAC層協(xié)議及相關(guān)算法
    2.1 MAC層的功能
    2.2 MAC層協(xié)議介紹
        2.2.1 MAC幀格式
        2.2.2 半雙工模式時(shí)的CSMA/CD算法
        2.2.3 全雙工模式時(shí)的流量控制
        2.2.4 物理層與MAC層的接口
    2.3 CRC算法簡介
        2.3.1 CRC算法的原理
        2.3.2 CRC算法的步驟
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于MC-SOC的MAC總體設(shè)計(jì)
    3.1 MC-SOC架構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.2 Cortex-M0簡介
    3.3 AMBA總線協(xié)議
        3.3.1 AHB總線
        3.3.2 APB總線
    3.4 以太網(wǎng)MAC控制器總體架構(gòu)
        3.4.1 以太網(wǎng)MAC控制器的功能和總體架構(gòu)
        3.4.2 DMA控制器架構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.4.3 MAC事務(wù)層架構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.4.4 MAC核心模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 以太網(wǎng)MAC控制器的模塊設(shè)計(jì)
    4.1 AHB接口模塊
        4.1.1 AHB從接口
        4.1.2 AHB主接口
    4.2 DMA控制器模塊
        4.2.1 描述符
        4.2.2 仲裁模塊
        4.2.3 DMA控制寄存器模塊
        4.2.4 DMA接收模塊
        4.2.5 DMA發(fā)送模塊
    4.3 MAC事務(wù)層模塊
        4.3.1 接收通道讀FIFO控制
        4.3.2 接收通道寫FIFO控制
        4.3.3 發(fā)送通道寫FIFO控制
        4.3.4 發(fā)送通道讀FIFO控制
        4.3.5 FIFO控制器
    4.4 MAC核心模塊
        4.4.1 發(fā)送總線接口模塊
        4.4.2 發(fā)送幀控制模塊
        4.4.3 發(fā)送協(xié)議引擎模塊
        4.4.4 發(fā)送調(diào)度模塊
        4.4.5 發(fā)送流量控制模塊
        4.4.6 接收協(xié)議引擎模塊
        4.4.7 接收幀控制模塊
        4.4.8 接收流量控制模塊
        4.4.9 接收總線接口模塊
        4.4.10 地址過濾模塊
    4.5 本章小結(jié)
第五章 以太網(wǎng)MAC控制器的仿真與驗(yàn)證
    5.1 功能仿真
        5.1.1 AHB接口模塊驗(yàn)證結(jié)果
        5.1.2 DMA控制器模塊仿真結(jié)果
        5.1.3 MAC事務(wù)層模塊仿真結(jié)果
        5.1.4 MAC核心模塊仿真結(jié)果
    5.2 原型驗(yàn)證
        5.2.1 基于FPGA的硬件驗(yàn)證平臺(tái)
        5.2.2 uIP協(xié)議簡介
        5.2.3 原型驗(yàn)證最終結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果

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本文編號(hào)：2855715