文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
基于SOPC的千兆以太网适配器的设计与实现
姓名:陈亮
申请学位级别:硕士
专业:计算机系统结构
指导教师:冯丹
20080605
华中科技大学硕士学位论文
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 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。

关键词:千兆以太网,适配器,现场可编程逻辑门阵列,可编程片上系统

∗本文受“973”项目(2004CB318201)资助
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract∗
Gigabit in Object-based Storage Systems provides high performance, low
cost and extensible interconnection. Implementating Gigabit adapters in the
SOPC (System On Progammable Chip) method can effectively utilize the advantages of
SOPC, such as the customization of software/hardware and the system extensibility, and
sastify the requirement of Object-based Storage Systems.
The research on the architecture and work principle of the Gigabit adapter is
based on the analysis of Gigabit IEEE protocol. The Gigabit
adapeter is implemented in the FPGA (Field Programmable Gate Array) device by
adopting the SOPC method. The interface logic of GEMAC (Gigabit Media
Access Control) is designed and implemented.
The design of the Gemac interface logic uses the Verilog hardware description
language and achieves all functions of the MAC layer. The standard Gbps Gigabit
applications, the point-to-point topology and the fabric topology are supported.
The serial high-speed