论文研究-基于FPGA的网络半实物仿真系统 .pdf

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基于FPGA的网络半实物仿真系统,张亮,,随着软件仿真技术的不断发展,半实物仿真技术因其具有的诸多优点愈来愈成为科学研究必不可少的手段。本文介绍了一种基于FPGA硬件��
中国酗技记又在线 系列 实现。此模块通过并行的总线挂接到主控上,接冂部分在包含有多达四 种接凵(山、串凵、凵、光接山),每个接凵通过控制相应的收发器米实现, 其中,采用了 将凵直接转换为并凵连接到接凵 ,省去了的 协议处理。串口则是把信号直通到主控,由主控直接来控制串口。光接口采用 了单模光纤收发器,也是由主控 直接控制。百兆网口直接可以通过总控 直接 进行控制。相对其它接口来说接口部分最为复杂,由于应用过程中承载是信号, 所以,除了控制的物理层收发芯片 之外,接口 还要承担一个主要功能就 是实现对信源的解帧、解时隙、成帧、成时隙等上层处理,使得与主控 交互的 只是载荷部分的数据,从而降低主控 的负担。 接∏的 程序部分,主要是组帧及拆帧程序、与主控 的接冂 通信程序 接凵通信程序采用了如下的分模块构造方式 上控FPGA接口 缓有RM ATM缃帻 EI数据流形 成 发送模块结构 发送部分如图所小,来自于仿真网络的数据,通过以太网接口将数据传输到 主控 主控通过互连接口,向接口 写入数据,然后通过组帧模块, 控制读取缓伃中的数据,并将读取数据输山给下级的数据流形成模块,数据流 形成模块对数据进行加扰并组帧,最后通过物埋成芯片 发到络中,完成了 以太网数据到信元的转换。 E1数据流接收 AIM解帻帧 缓存RAM 主控FPG4接口 接受模块结构 接收部分如图所示,数据沇接收模块接收 的数据流,并进行帧同 步,输出 的数据到下·级的解帧模块对数据进行信源同步和 帧操作,最后得到净载荷薮据,将载荷嶔据输入到缓存,最后,通过与主控 解的 接口,输出给主控 处理。上控 再将载荷数据打包成以太网帧,发送到计算机 或直接发送到以太网,完成了信元到以太网数据的转换。 仿真网络设计 如图所示:整个系统由虚拟仿真网络、真实网络、半实物网关、半实物接口控制模块 和半实物接口板五部分组成 PC我件部分 半实物接口 真实网络 兰实物口半尘物网关仿真风络 控制模块 图半实物仿真模型结构 国武技记文在线 42nd node node 38 node rode_=i 图虚拟仿貞网络小意图 如图所示,在仿真网终部分, 仿真软什按照 或协议栈模拟了实 际节点的结构,这些仿真节点具有用有限状态机实现的虚拟的协议栈,各层协议以及仿真设 各用包流方式连接。当仿真包到达一个模块时,会引发一个流中断,接着协议进程响应中断, 处理仿真包结束,然后仿真包被刑除或转发到其他模块。 半实物网关作用是对仿真数摭包和实际数据包进行转换,仿真包不是比特流,而是使用 由域组成的 内部特殊的数据类型。因此 仿真和真实网络不能直接通信, 而必须进行包的转换。因此,必须对传入计算机的包和包进行更改,对于包使 用 的函数完成包的截获和转发。在截获和转发包时更改头完成虚拟 和真实的映射。对于数据也要使用自定义的程序模块对数据包进行转换。这 些转换过程都要交给半实物网关来实现 仿真接收 113 监听 实际接收 图仿真网络网关实现方式 其中图所示为用半实物网关具体实现方式,该网关接在每一个连向半实物节点和网 终的链路上。该网关负责将仿真配置信息和仿真包转换成标准能处理的数据结构发送到 外部接口控制模块。同时可以根据外部半实物接口转发来的真实包信息生成系统仿真包,其 中国酗技记又在线 实现如图所示,左上角是网关节点模型包括对收发信机和协仿真进程。进程中, 完成 软件仿真环境初始化, 状态进程等待外部接凵的半实物仿真开 始指令,并处理其传米的真实网络配置信息。 和 状态则分别完成仿真数据 包与真实数据包的相互转换。 半实物接口控制模块,完成将真实数据包传递到操作系统,可采用 的函数 现。它通过侦听发送到本机的所有包或包,然后将数据包包头分析结果和数据 域发送到半实物接口控制模块。在发包时。它从外部接口管理模块获得要发送的包或 包的数据和包头信息,构造包或包,再发送出去。在这部分的发送出去的数 据包可以交给半实物接口板处理,半实物接口板可以将其转化为真实的以太网帧或数据 流,传送到真实网络。该部分主要是采用了, 的外部仿真控制技术( 完 成了外部真实网络与虚拟仿真网络的交互功能,使仿真网络事件与外部事件取得了同步。 结论 本文提出的半实物 网终仿真系统,软硬件口经实现,但整个系统对实际情况的 响应但硬件接口板的实现方式需要提高,多个硬件接口存在冲突,需要修改更适合的仼务调 度方式,来实现对多个接口的控制,提高硬件板的响应性能。另外,光接口的功能还未实现, 需要加强接口的协议处理能力。 参考文献 杨强浩,基于的嵌入式系统开发北京:机械工业出版社, 陈敏, 网络仿真最新版,北京:清华大学出版社 段威、任华、刘海峰,基于 的通信网络半实物仿真方法研究,北京:计算机仿真第期 张筱、林孝康,一种基于 的网络半实物仿真模型,北京:微计算机信息第卷第期 作者简介:张亮,男, 年生,硕士研究生,主要研究方向是宽带无线通信新技术,数 字通信和数字电路设计。

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