论文部分内容阅读
随着FPGA芯片在软件无线电平台的大规模使用,在软件无线电平台上实现高速以太网的接入,完成PC与软件无线电平台之间的高速数据通信,可以将在软件无线电平台上FPGA并行处理后的数据,再经过基于FPGA的高速以太网传输接口,传送到PC端通过软件编程进行后续更加复杂的高精度算法处理,进而实现高效率的软硬件协同处理,因此针对以太网高速数据传输接口的研究和设计显得尤为重要。因此,本文重点研究了在软件无线电平台上,完成基于FPGA的高速以太网传输接口的设计、通过所设计的高速以太网接口实现了软件无线电平台与PC之间的高速数据通信。本设计是在Xilinx公司的KC705评估板和PC组合的软件无线电平台下实现的。论文主要完成了以下几个方面的工作:第一,本文首先根据以太网数据通信的协议格式和项目中对数据传输协议的实际功能需求,设计了简化的TCP/IP协议栈,采用UDP/IP协议的自定义数据封装格式来实现简化的TCP/IP协议栈。在整个高速以太网接口的设计中,在用户逻辑部分采用硬件描述语言完成简化的TCP/IP协议下自定义UDP/IP数据帧格式的数据封装,进而实现整个高速以太网传输的上层协议(用户层、传输层和网络层)。第二,设计了基于以太网MAC核的以太网MAC控制器,完成了标准以太网数据帧的传输,实现以太网传输的数据链路层的协议。最后利用GTX高速串行收发器实现物理层的PCS和PMA子层,而PHY芯片实现物理层的PMD等功能,GTX+PHY共同完成以太网传输的物理层协议。第三,最后完成了所设计的基于FPGA的高速以太网接口的功能验证和性能测试。FPGA端发送的数据打包成固定格式通过高速以太网接口发送给PC,PC端的软件对接收到的数据包进行解析和数据采集,实现了FPGA端与PC端之间高达942.214Mbps的数据传输速率,基本接近千兆以太网数据传输速率的极限值。并且通过在PC端抓包可以得知丢包率为0.23%,能够满足高速以太网传输接口的功能需求和性能指标。通过在FPGA上设计与实现以太网高速传输接口,实现软件无线电硬件平台与PC端的高速数据通信,经测试,该传输接口具有较高的传输速率,系统运行稳定,各项功能基本满足系统预期的高速以太网的传输接口指标要求。