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基于FPGA的以太网通信数据传输的设计与实现(3)

时间:2017-05-07 15:17来源:毕业论文
1.2 选题背景及意义 我们知道,当我们在浏览器里面输入网址时,DNS服务器会自动把它解析为IP地址,浏览器实际上查找的是IP地址而不是网址。那么IP地址


1.2  选题背景及意义
我们知道,当我们在浏览器里面输入网址时,DNS服务器会自动把它解析为IP地址,浏览器实际上查找的是IP地址而不是网址。那么IP地址是如何转换为第二层物理地址(即MAC地址)的呢?在局域网中,这是通过ARP协议来完成的。ARP协议对网络安全具有重要的意义。通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗,能够在网络中产生大量的ARP通信量使网络阻塞。所以网管们应深入理解ARP协议。
基于上述原因,本论文针对ARP进行了系统的剖析和模块构造,可以有助于读者对ARP有更加细致的了解,同时也能对工程师或者计算机爱好者在基于FPGA的平台上构建ARP协议有一定的帮助。
1.3  本论文的主要内容
本论文的主要内容是利用verilog语言为逻辑语言,以EP3C120F780C8型FPGA芯片为主控芯片,实现88E1111千兆网卡与电脑之间的ARP协议通信。本文集中讨论的是ARP协议的实现。
论文内容具体包括:
1、基于FPGA的以太网ARP通信的总体框架和思路。
2、以太网协议及ARP协议介绍。
3、FPGA千兆网开发板的硬件设计。
4、基于FPGA的ARP逻辑电路设计与编程。
5、在硬件电路中对设计电路进行下载测试,用Wireshark抓包观察结果。

2 总体设计
2.1 系统总体框架
本文主要通过FPGA实现ARP协议,首先创建网络层(ARP协议模块)与MAC层(数据链路层即以太网控制器)的连接,当发送ARP帧时,实现帧的打包处理;当接收ARP帧时,实现帧的拆包处理和分析。其次创建MAC层与PHY的连接,这一部分就是恰当控制数据流的时序,使得数据在字节流和半字节流之间转换,以便发送或者接收的ARP帧符合PHY的时序要求。
总体框架见下图:
 
图1:系统总体框架图
说明:总体框架分为两部分——FPGA+PHY,PHY即8E1111网卡芯片。
2.2 系统开发工具
EDA技术以大规模可编程逻辑器件为载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述为主要表达方式,以EDA开发软件为设计工具,通过有关的开发软件,自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑转换,直至对于特定目标芯片的逻辑映射、编程下载等工作,最后形成集成电子系或专用集成芯片的一门新技术。简而言之,EDA技术就是利用软件程序和工具来设计并实现硬件产品。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可行性,并减轻了设计者的劳动强度。
目前,EDA技术已经成为现代电子设计领域的基本手段,涵盖印制电路板(PCB)设计、可编程逻辑器件开发、专用集成芯片设计以及系统验证等诸多领域。
2.2.1  Altium Designer 6.0
本设计采用AD6.0软件来制作开发板的原理图、PCB图等。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件(如 FPGA)设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品,一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案,具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。
这款最新高版本Altium Designer 6除了全面继承99SE,Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外,还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限,全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能,从而允许工程师能将系统设计中的FPGA和PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。
2.2.2  Quartus II 11.0
本设计采用Quartus II开发软件,其提供了一种与结构无关的全集成化设计环境,使设计者能对Altera的各种产品系列方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Quartus II开发系统具有强大的处理能力和高度的灵活性,它的优点主要表现在以下方面: 基于FPGA的以太网通信数据传输的设计与实现(3):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_6604.html
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