基于SOPC的网卡设计.doc

1 绪 论 1.1项目背景及研究意义 当前，互联网已经极大地改变了我们的生产和生活。在计算机网络发展历程中，以太网可以说是众多网络技术中最具影响力的一种[1]。以太网技术不但随着通信和计算机技术不断发展，而且还对新的网络技术产生着非常重要的影响。无论是在Internet还是在接入网，以太网都在或者将成为应用场合最多、应用范围最广的网络技术。 近年来接入网领域不断高速发展，竞争激烈，多种新型业务的出现以及对网络服务质量的更高要求，为满足这些业务要求而发展起来的新技术，在需求与技术两者中相互促进和发展。以太网接入正在由工作组场合大举进入住宅、小区等场合，让家庭用户享受高性价比的、丰富多彩的互联网应用。 接入网的发展是近年来通信网络建设上最为重要的网络升级，而基于以太网接入技术和光纤传输相结合的接入方式必将成为其中极其重要的一个分支。EPON己经成为接入网的热点[2]，其中MAC层协议的研究实现是其中的重点。以传统的802.3x协议的MAC核为核心，进步到EPON的MAC层，添加了点到多点协议的接入，实现了平稳的过渡和良好的兼容性。 1.2研究现状 以太网的性能在不断提升之中，从最初的10Mbps，到现在100Mbps成为最基本的组网形式，1000Mbps以太网也已经成熟并且得到了广泛应用。全双工通信，是以太网的又一种新的进步。它不仅仅是提升了信道的传输速率，更重要的意义在于突破了以太网对信道长度的严格要求，使其不再受到限制。这为以太网从一个单纯的局域网逐渐进入到广域网领域提供了必要的手段[1]。 802 .3 协议是针对以太网CDMA/CD标准的传输介质物理层(PHY)和介质访问协议(MAC)单独定义的，并且随着技术的发展，采用新的传输介质，采用更高的速率[3], IEEE 802.3标准也在不断补充和完善。在IEEE 802.3模型中，在MAC层内可选MAC控制子层。在实际网络中，对以太网的控制功能要求越来越多，如接口速率的设定、流量控制等，因此需要设置这个子层来处理这些控制功能。 以太网组网简单方便、性能高，使得他得到广泛的应用[1]。而采用以太网技术实现宽带接入，从以太网的技术本身来看，实质上就是一种以太网的组网，采用以太网交换机，采用全双工信道实现远程连接。采用基于以太网的接入网体系结构，接入网部分实质上只包含了PHY层和MAC子层两部分，在这之上的部分如直接利用MAC服务，还是通过LLC服务实现接入通信，是接入用户与运营商的约定，如PPPOE，是基于以太网接入的基本接入控制手段。 光纤接入网是采用光纤传输技术的接入网，在本地交换局和用户之间全部或部分采用光纤传输[2]，有别于光纤传输系统。无源光网络(PON)是发展较快的光纤接入网，而EPON利用PON的拓扑结构实现以太网接入，比APON提供了更高的带宽，更低的成本和更广的服务能力，成为必威体育精装版研究以及实现应用的热点。对于以太网技术而言，PON是一个新的媒体。802.3工作组定义了新的物理层，而对以太网MAC及以上层则尽量做最小的改动以支持新的应用和媒体。EPON的正式标准经由IEEE 802.3ah Draft工作组定义，已经于2004年六月正式发布。对802.3 MAC层协议的最大改动除了在MAC控制子层中添加了MPCP(多点控制协议)功能，还定义了MPCP各个任务的操作代码[4]。 国内外各家大公司也根据新的802.3ah协议加紧了对EPON的开发研制，有的己经推出了PHY和MAC芯片。比如Teknovus公司的TK3700系列，以及Passave的PAS5001(OLT)和PAS6001(ONU)芯片。在国内，烽火通信也在进行EPON芯片的研究。 1.3本文所作的主要工作 在接入网技术方面，类似于PPPOE和EPON等基于以太网技术的接入方案也将有很大的应用空间。因此，对以太网802.3协议的研究和设计有显得非常有必要了。所有的接入网实质上就只包含了PHY层和MAC子层两个部分，相对于不同介质的物理层传输，MAC层协议相对的改动要少得多。在传统的OSI七层模型中，MAC层相当于数据链路层的作用，负责对上层的包数据和物理层的bit流数据进行帧的封包/解包以及流量控制、循环校验等一系列功能。由此，设计一个基于FPGA 802.3协议的MAC层的IP核成为本次项目的最终目标。但是，因本科阶段的某些限制，设计全部完成有一定的困难，此阶段只完成的以太网发送帧模块的设计。在此基础上，进一步完成以太网的其他模块的设计，封装在一起，就可以实现一个比较完整的MAC层的IP核。IP核具有非常灵活的优势。相对于硬核，IP核可以根据实际需要，进行很方便的添加、裁减和修改，具有非常大的灵活性[5]。 因此本文所做的主要工作是在收集和整理现有的以太网MAC层协议实现方法的基础上，主要设计并实