FPGA以太网设计论文

摘 要

摘 要

随着信息技术的快速发展，以太网嵌入式设备的应用越来越广泛。为

了让以太网各设备之间能公平有效地共享通信媒介，对以太网 MAC 层数

据处理系统的研究显得尤为重要。

为此，本文首先分析了以太网及其相关协议的基本内涵，解剖了以太

网 MAC 层通信机制、帧的特性与格式、PHY 接口协议、ARP 协议以及

I

C 协议。同时通过对 FPGA 芯片的了解，确定了基于 88E1111 芯片和

设计思想，对顶层模块以及 PHY 接口、MAC 核心处理、用户配置、用户

数据各功能子模块依次进行设计。

关键词：以太网 MAC 层 FPGA

ABSTRACT

ABSTRACT

With the rapid development of IT,the embedded devices of accessing to

Ethernet are used more and more widely.In order to make each device enjoy a

fair and effective shared communications medium, it is particularly important to

research the data processing system of the Ethernet MAC layer.

To this end,it is firstly done to analyze the basic connotation of Ethernet and

on the combination of the 88E1111 PHY chip and XC3S400-4fg456C FPGA

chip of Xilinx.Then the hardware circuit design is accomplished by the Cadence

development tool.In this system, 88E1111 and FPGA respectively completes the

data processing of PHY layer and the data processing of the MAC layer,which

mainly consists of the calibration and dearchive of the receiving data frames, the

encapsulation of the data frames,the MAC address filtering, the extraction of the

IP packet,The ARP address mapping,and so on. So FPGA is the core of the

system. Following the top-down design conception,the design of FPGA

successively includes the top-level module,and the submodule of the PHY

interface,the MAC core processing,the user configuration,the user data

目 录

第一章 绪论 1

性价比。采用以太网技术的设备，可以通过ＴＣＰ／ＩＰ协议进行数据的

传输，不需要进行传输协议转换，使用和维护设备简单。随着技术的发展

和 各 类 应 用 的 需 求 ， 出 现 了 各 种 以 太 网 的 标 准 ， 包 括 标 准 以 太 网

（10Mbit/s）、百兆以太网（ 100Mbit/s）、千兆以太网（ 1000Mbit/s）

和 10G（10Gbit/s）以太网

同时其所用的传输介质以及数据吞吐量也各不相同。千兆以太网技术作为

新一代的高速以太网技术，它可以提供 1Gbps 的通信带宽，采用和传统

10M、100M 以太网同样的 CSMA/CD 协议、帧格式和帧长、全/半双工工

作方式、流控模式以及布线系统，给用户带来了提高核心网络的有效解决

2 基于 FPGA 的千兆以太网设计

了可能。

的高速数据传输，使用 WinPcap 自定义通信帧格式，实现一种 PC 机与

[4]