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基于SOPC的千兆以太网适配器的设计与实现

陈亮  
【摘要】: 将千兆以太网技术应用在对象存储系统,能提供高速、廉价、可扩展的网络互联。采用可编程片上系统SOPC(System On Programmable Chip)的方法实现千兆以太网适配器能有效发挥SOPC在软硬件定制及系统扩展方面的优势,满足对象存储系统的需求。 详细分析了千兆以太网IEEE802.3z协议,研究了千兆以太网适配器的系统架构和工作原理,提出了在现场可编程逻辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片上采用可编程片上系统SOPC方法实现千兆以太网适配器的设计方案。设计并完成了千兆以太网媒体访问控制GEMAC(Gigabit Ethernet Media Access Control)接口逻辑。 GEMAC接口逻辑的设计采用Verilog HDL硬件描述语言完成,实现了MAC层的所有功能,支持标准的1.25Gbps的千兆以太网应用,可用于点对点拓扑和交换拓扑,实现串行高速比特流的收发;MAC层完成以太网帧的收发和全双工流量控制,帧发送引擎将上层交付的数据组装成标准的以太网帧格式发送出去,帧接收引擎处理帧接收过程中出现的帧目的地址错误、帧校验错误等各种情况;流量控制模块通过Pause帧的识别与控制,完成端到端的流量控制。通过Avalon总线接口,将GEMAC接口逻辑与聚合/分散DMA(Scatter-Gather DMA,SGDMA)模块配合,高效读写DDR存储器。 在设计过程中,从资源和时序的角度,对硬件描述语言编码、逻辑综合、布局布线、时序约束作了一些优化,达到提高系统性能的目的。同时,构建了一个系统级的测试平台,完成了千兆以太网适配器的功能验证和性能评估。


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