以太网测试仪中基于FPGA的FCS实现

以太网测试仪中基于FPGA的FCS实现摘要以太网测试仪在流量发生以及数据接收检测过程中，都需要计算fcs，还要能支持线速。

本文简要介绍了以太网帧fcs的计算方法，分析了基于fpga的实时fcs计算面临的问题，提出了一种兼容10/100/1000mbps三种速率的fcs计算实现。

【关键词】以太网 fpga fcs vhdl作为高性能以太网测试仪，全线速的流量发生与接收检测已成为必备功能。

以10/100/1000m以太网为例，速率越高，所用时钟频率越高，时钟周期越小，对发送和接收的设计要求也越高。

由于普通网卡缓存受限，加之发送时需要主机cpu参与，无法达到全线速，因此大多数测试仪都采用fpga+phy的方案，利用fpga在时序控制、并行处理等方面的优势，辅之以存储芯片，很好地解决了线速处理的问题。

在以太网测试中，涉及fcs（帧校验和）实时计算，特别是在线速下。

本文通过一款测试仪中流量发生设计实践为例，对实际中所遇到的问题进行分析，给出10/100/1000m三种速率下fcs的vhdl实现方法和仿真结果。

1 fcs计算方法在ieee std 802.3 csma/cd接入方法和物理层规范中，规定了fcs 的算法为32比特循环冗余校验（crc32），生成多项式：g（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+ 12 vhdl实现在硬件设计上，fpga与phy芯片之间采用mii和gmii接口。

10/100m采用mii接口，发送时钟分别为2.5mhz、25mhz，数据宽度4bit;1000m采用gmii接口，发送时钟125mhz，数据宽度8bit。

在利用fpga实现fcs时，就需要考虑三种不同时钟频率以及两种不同的数据宽度的处理。

2.1 10/100m10/100m宜采用4bit宽度的并行crc32算法，硬件实现电路如下：next_crc（0）<=（d（0） xor c（28））;next_crc（1）<=（d（1）xor d（0）xor c（28）xor c （29））;……next_crc（31）<=c（27）;其中，d[3：0]为输入的4bit宽度数据，c[31：0]为前一次crc32计算结果，next_crc[31：0]为输入4bit数据后计算出的新的结果。

一种基于FPGA的万兆光纤以太网高速传输方法引言：随着云计算、大数据分析和视频流媒体等应用的广泛使用，对网络带宽的需求越来越高。

传统的千兆光纤以太网已经无法满足大规模数据传输的需求，因此，研究高速传输技术变得尤为重要。

本文将介绍一种基于FPGA的万兆光纤以太网高速传输方法。

一、基本原理万兆光纤以太网是一种使用10个千兆以太网端口进行传输的技术，每个端口的传输速率为1Gbps。

该技术利用FPGA的并行计算能力，同时处理多个数据流，以实现高速传输。

二、FPGA的优势FPGA有着可编程性强、并行计算能力高等特点，非常适合用于高速数据处理。

通过编程FPGA实现数据的流水线处理，能够显著提高传输效率。

此外，FPGA还具有低延迟、低功耗、可靠性高等优势，非常适合用于高速传输领域。

三、数据流水线处理通过将数据划分为若干个小的数据包，利用FPGA的并行计算能力，同时处理多个数据包，可以显著提高传输速率。

数据在FPGA中经过分组、编码、解码、调度等多个处理模块，实现高效的数据传输。

四、流量控制与拥塞控制在高速传输中，流量控制和拥塞控制非常重要。

流量控制在发送端和接收端之间协调数据传输速率，避免数据丢失和错误。

拥塞控制则在网络拥塞时限制数据传输速率，以保证网络的稳定性和可靠性。

FPGA通过设计合适的流量控制和拥塞控制算法，可以有效应对高速传输中的挑战。

五、硬件优化为了进一步提高传输效率，可以对硬件进行优化。

例如，使用更高速的时钟和外部存储器，采用更高速的数据传输接口等，都可以提升传输速率。

此外，使用高速的光纤模块，可以大幅度提高数据传输的速度和带宽。

六、实验与应用为了验证该方法的有效性，可以进行实验验证。

在实验中，可以通过搭建一个小规模的网络实验平台，模拟高速传输场景，并对传输速率、延迟和数据传输的可靠性进行测试。

实验结果将证明该方法的可行性，并为将来的应用提供参考。

综上所述，基于FPGA的万兆光纤以太网高速传输方法可以有效应对大规模数据传输的需求。

基于FPGA与以太网接口的FFT数据处理系统王旭;庄晴光;吴宪顺【摘要】本文设计了一种基于FPGA和以太网口的FFT数据处理系统,可用于雷达信号的处理.FFT计算通过FPGA硬件实现,经过FFT计算以后的数据再传输给MATLAB作进一步数据处理,MATLAB与FPGA之间的通讯是基于TCP/IP协议.本设计兼顾了FPGA并行高速计算和MATLAB灵活可扩展的优点,可满足不同应用场景的要求.【期刊名称】《天津理工大学学报》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】5页(P5-9)【关键词】FPGA;FFT;TCP/IP;MATLAB;雷达信号处理【作者】王旭;庄晴光;吴宪顺【作者单位】天津大学电子信息工程学院,天津300072;天津大学电子信息工程学院,天津300072;天津大学电子信息工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TN953+.2快速傅里叶变换是数字信号处理的重要组成部分，可以应用于涉及傅立叶变换的任何领域，而如何实现更快运算速度和更灵活的可扩展性也变得越来越重要.现场可编程们阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）以其并行执行、可重构、高集成度等特性，非常适合实现FFT算法［1］.而MATLAB在算法开发、数据可视化、数据分析工业控制以及仿真等方面有广泛应用［2］.本文实现了一种数据处理系统，FFT计算在FPGA上完成，然后FPGA实时的将FFT处理后的数据通过TCP/IP协议传输给PC端的MATLAB做数据进一步处理.本设计兼顾了FPGA的并行高速计算和MATLAB可灵活扩展的优点，通过在MATLAB端编程，就可以满足不同场景数据处理的要求.本设计可应用于雷达信号处理、测试以及仿真等领域.本文的系统实测是以雷达信号处理为例，MATLAB产生雷达波的数字信号送入FPGA做FFT计算，FFT计算后的数据再传回MATLAB，在MATLAB上通过简单的取模等计算生成频谱，从而得到距离、速度信息.1.1 MATLAB信号产生与接口编程本文通过在m文件中产生正弦波模拟信号，再调用厂商提供的模拟数字转换器MATLAB仿真模型，将模拟信号转换为两路相位差为90度的I/Q数字信号，作为快速傅立叶变换的实部和虚部.本文使用的模拟数字转换器模型是ADI公司的AD9250，精度14位，采样率为250 MSPS.MATLAB软件内部集成了TCP/IP功能，可以直接调用内部API接口来实现TCP/IP通讯.1.2 FPGA的以太网接口通讯实现本文采用的硬件是Altera的Cyclone III DSP开发板（EP3C120F78 FPGA），在开发板中已经集成了以太网物理层芯片Marvell 88E1111，可以通过以太网接口与外部通讯.通过Altera开发板内置的嵌入式Nios II软核来发送接收数据，如图1所示.本文采用的是Altera的集成开发环境Quartus II［3］和嵌入式开发套件Nios II SBT（Nios II Software Build Tools for Eclipse）.1.2.1 硬件设计硬件设计包括基于Quartus II的嵌入式模块硬件设计和整个硬件系统设计，整个硬件系统设计如图1所示.嵌入式模块硬件设计实际上就是用Quartus II中的Qsys集成开发工具对硬件系统中的IP核进行连接整合［4］，生成相对应的Verilog HDL工程代码，最后将这些工程（module）例化到顶层文件中，如图2所示.经过上面步骤生成的系统工程可以在顶层文件中直接例化，然后进行编译综合，分配管脚，生成可以下载到FPGA硬件的文件.1.2.2 软件设计本文的采用移植到Nios II的μC/OS-II实时系统RTOS（real time operation system）［5］，本文采用的Nios II SBT对μC/OS-II有很好的支持，提供板级支持包（Board Support Packet，BSP），为μC/OS-II的驱动程序提供访问硬件设备的寄存器函数包，使其更好的运行在硬件主板上.μC/OS-II是开源的系统，绝大部分采用移植性很强的ANSI C编写，具有很强的移植性，并且可以通过裁剪，只使用应用程序需要的系统服务.μC/ OS-II是实时多任务内核，通过运行不同的任务来实现功能，每个任务都允许有自己单独的堆栈，而任务的管理则由高效的优先级算法来实现，最多可以管理包括8个系统任务在内的64个任务，其采用抢占式实时内核，总是运行处于就绪态的最高优先级任务.μC/OS-II可以使用中断，当发生中断的时候挂起正在执行的任务，中断嵌套最多可达255层，并提供多种系统服务，如邮箱、消息队列、信号量等［6］.软件结构与硬件平台关系如图3所示，硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer，HAL）是Altera提供的硬件驱动API，它与μC/OS-II一起驱动硬件，同时μC/OS-II还提供系统任务以及应用配置文件供用户的应用使用；Niche TCP/IP Stack［5］包含了TCP/IP底层协议，它可以提供抽象出来的API给用户应用直接使用，来实现基于TCP/IP协议的数据传输.本设计采用μC/OS-II系统，通过设置不同的优先级，来实现实时的基于TCP/IP协议的数据接收/传输任务以及数据处理任务，而这两个任务之间的通讯通过调用系统服务——消息队列实现［6］.FFT模块包括SGDMA总线接口以及FFT计算模块，FFT模块通过SGDMA接口与Nios II交换数据，如图1，SGDMA满足Altera内部总线标准Avalon -ST ［7］，Avalon-ST是Altera开发的一种高带宽、低延迟、高速单向接口，用于数据流，数据包以及DSP数据的传输，通过这个接口标准，可以简单、快速将FFT模块与系统的其他模块连接.本节主要探讨FFT计算模块的设计，这个模块采用基-2的时域抽取（Decimation-In-Time，DIT）的FFT算法，完成512点的FFT就算，旋转因子（Twiddle Factor）的通过查表法获得.2.1 按时间抽取的基-2 FFT算法设序列x（n）长度为N，N = 2M，M为正整数.将序列分为奇偶两个N/2点子序列［8］：其中将这个序列进行离散傅立叶变换DFT（Discrete Fourier Transform）：将式（3）带入式（2）：这样一个N点DFT可以分解为两个N/2点的DFT.其中X1（k），X2（k）只有N/2个点，而X（k）有N个点，即式（4）只得到X（k）一半的结果，如果要用X1（k），X2（k）表示X（k）的全部结果，应利用X1（k），X2（k）的周期性，就可以将X（k）完全表示出来：其中，这种运算关系可以利用蝶形运算单元来实现，如图4所示.当N = 2M时，全部DFT运算可以分解为M级蝶形流程图，其中每一级包含N/2次乘法和N次加法，总的运算量为复数乘法N/2·M和N·M次复数加法，而DFT的总运算量为N次复数乘法和N（N-1）次复数加法，当N较高的时候，FFT算法计算量得到大大的改善.2.2 FFT运算模块的硬件设计本文采用DIT的FFT算法，在数据传输到FFT模块FIFO的时候就按照“码位倒读”的顺序进行存储，然后再进行FFT计算，这样输出数据就是按照自然顺序输出. 512点FFT运算需要9级计算，256个旋转因子.本文采用顺序处理结构，按照顺序先计算第一级蝶形，然后计算后面知道第九级的所有蝶形，最后输出自然顺序的结果，全程只使用一个FFT蝶形运算单元，而输入量，中间结果和输出结果都存储在同一个存储中，以保证硬件使用最少.而旋转因子采用查表的方式，通过ROM存储读取.时序仿真波形如图5所示，仿真软件为Model－Sim-Altera 10.1d，FFT运算模块采用突发数据流（burst）模式，当所有数据处理完成并输出以后再开始下一次输入计算，并且输入/输出接口遵循Avalon-ST接口标准.3.1 雷达测距本文雷达测距采用的雷达波是调频连续波FM CW（frequency -modulated continuous -wave），其频率—时间波形图，如图6，其线性调频在时间T从f0增长到f0+ B，然后回落到f0并保持到周期结束，周期为G. FMCW雷达波的测距原理［9］如下：当再t = 0时刻发射雷达波，在t = nG + tn时刻接收到回波信号，其中nG为周期G的正数n倍，tn为从第n个周期算起的时间，则发射信号可以描述为：回波信号则可以表示为：其中，τ为延迟，当目标距离为R0时：c是光速.将式（10）带入式（9），并与发射信号式（8）进行下变换混频：3.2 雷达测速雷达测速是根据多普勒效应，当目标发生镜像运动的时候，会产生频率偏移，一维雷达测速的原理［10］如下，雷达波为余弦波：延迟时间τ为：速度v为径向速度.回波信号为：式（13）中，多普勒频移为：将回波信号式（13）与发射信号式（12）进行下变换混频：系统测试以雷达信号处理为例，用FMCW测量静止物体距离，设雷达波中心频率f0为25 GHz，带宽B为50 MHz，扫频周期T为10-6s，距离R0为50 m，经过系统测试后的频谱，如图7，峰值坐标为（16.602，0.776 6）.由图7的频谱计算距离为49.8 m，误差为0.2 m.产生误差的原因是受到ADC采样频率和FFT计算点数的限制，频谱最高的分辨率只有0.488 MHz，频谱得到的频率与实际频率会有偏差.使用正弦波测速，设定雷达波中心频率f1为500 GHz，物体速度v为500 m/s，距离R0为50 m，经过系统测试后的频谱，如图8，峰值坐标为（1.495，0.296），计算得到的速度为448.5 m/s，误差也是由于频谱分辨引起的.本文设计了一种基于FPGA和以太网口的FFT数据处理系统，在FPGA上实现FFT计算，并将初步处理的数据通过以太网接口传输给MATLAB做进一步处理.使用Verilog HDL编写的基于FPGA的FFT计算模块具有并行、快速、稳定的特点，而MATLAB则可以实现更灵活、可扩展的数据处理，本设计兼顾两者优点，从而实现不同场景的应用.【相关文献】［1］植强.一种基于FPGA的FFT阵列处理器［J］.电子对抗技术，2002，17（6）：36-39. ［2］李红英，黄世震.基于FPGA的嵌入式以太网与Matlab通讯系统设计［J］.电子技术，2010，5：54-56.［3］Altera Corporation. Quartus II handbook ver-sion 12.0［EB/ OL］.（2012-06-15）［2014-03-18］.［4］Altera Corporation. Using the niche stack TCP/IP stack niosII edition tutorial ［EB/OL］.（2011-06-15）［2014-03-18］www. .［5］Altera Corporation. Nios II software develo-per’s handbook ［EB/OL］.（2011-05-15）［2014 -03-18］.［6］Labrosse J J.嵌入式实时操作系统μC/OS-II［M］. 2版.邵贝贝，译.北京：北京航空航天大学出版社，2003.［7］Altera Corporation. Avalone Interface Specifi -cations［EB/ OL］.（2008-03-15）［2014-03-18］.［8］杨守良，程鹏宇.基于Nios的FFT算法软硬件协同设计［J］.电子设计工程，2010，18（9）：158-161.［9］SU L，WU H S，TZUANG C K C. 2-D FFT and time-frequency analysis techniques for multi-target recognition of FMCW radar signal［C］//Microwave Conference Proceedings （APMC），2011 Asia -Pacific. Melbourne，VIC：IEEE，2011.［10］Mahafza B R. Radar signal analysis and processing using MATLAB［M］. Boca Raton：CRC Press，2008.。

基于FPGA的FC交换机设计与验证吕冬炜;柴小丽;武鑫【期刊名称】《信息技术》【年(卷),期】2016(000)008【摘要】为了满足现代航空电子系统大规模数据传输的要求,带宽高且延时低的FC 技术(FibreChannel)逐渐取代传统1553总线,成为新一代航电系统的数据总线.FC 交换机是以光纤作为主要传输介质,完成FC网络系统中各节点的信息交换功能的设备.文中设计使用Xilinx公司的FPGA逻辑电路开发套件,根据FC协议设计FC-1层和FC-2层以完成普通帧和ASM帧的转发,参照Round Robin算法实现交换机转发调度,分析研究Xilinx PCIE硬核模块,实现具有PCIE主机接口的FC光纤交换机.方案给出了关键模块的结构图和设计思想,实现的功能经过仿真,达到了设计要求.【总页数】4页(P159-162)【作者】吕冬炜;柴小丽;武鑫【作者单位】华东计算技术研究所,上海200233;华东计算技术研究所,上海200233;华东计算技术研究所,上海200233【正文语种】中文【中图分类】TN915.05【相关文献】1.基于FPGA的FC总线通讯板的设计与验证 [J], 刘召庆;康婷颋;惠进;成莉;王俊林2.提高ASIC验证的速度与可视性基于FPGA的ASIC/SoC原型设计及基于FPGA 的系统在实时硬件速度下可以实现100%的内部信号可视性 [J], Mario Larouche3.基于高性能SOC FPGA阵列的NVM验证架构设计与验证 [J], 刘珂;蔡晓军;张志勇;赵梦莹;贾智平4.基于ZYNQ FPGA的十六路FC光纤交换机设计与实现 [J], 董博宇;沈淑梅;黄涛5.一种基于FPGA的双接口NFC芯片验证系统 [J], 彭广;李小进;初建朋;曹玉升因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于FPGA实现千兆以太网二层交换贾婷;胡斌;刘台【摘要】千兆以太网(Gigabit Ethernet)交换芯片是多种通信设备中不可或缺的核心芯片,目前应用广泛的是Broadcom公司的交换芯片.然而,随着国产化对国防通信和网络安全保障重要性的提升,核心技术的自主可控成为其重要一环.因此,基于Xilinx K7型号的FPGA芯片,采用VHDL硬件描述语言,自主研发了4端口的可管理千兆以太网二层交换芯片,并在相应的硬件平台上进行了功能验证和性能测试.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)011【总页数】7页(P2758-2764)【关键词】MAC帧;哈希算法;共享缓存;QoS优先级;流量控制【作者】贾婷;胡斌;刘台【作者单位】武汉中原电子集团有限公司,湖北武汉 430205;武汉中原电子集团有限公司,湖北武汉 430205;武汉中原电子集团有限公司,湖北武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TN919.210 引言千兆以太网技术是目前局域网的主流解决方案。

千兆以太网交换芯片是该技术得以实现的关键芯片。

本文介绍的FPGA实现的千兆以太网二层交换芯片，按照IEEE802.3标准实现了4个独立千兆端口之间的MAC帧交换。

以太网二层交换是基于MAC地址工作的，基本工作原理可以概括为“学习查找”和“存储转发”。

设计支持以下功能项：（1）支持4个10/100/1 000 Mb/s自适应，全双工RGMII端口间的MAC帧线速转发；（2）每个出端口支持4种优先级队列；（3）支持基于IEEE802.3xPause帧的全双工流量控制；（4）支持简单生成树协议；（5）支持4 096个MAC地址表项和基于Hash算法的自学习和查找。

（6）提供128 kB的MAC帧共享缓冲空间。

本文首先给出FPGA实现千兆以太网二层交换芯片的结构框图；其次，详细介绍设计中关键模块的实现原理；最后，给出设计的功能仿真，验证该设计的可行性。

基于FPGA的千兆以太网测试系统的研究与实现的开题报告一、研究背景和意义随着计算机和互联网的高速发展，以太网作为一种重要的计算机网络协议，已成为现代企业中最常用的局域网（LAN）技术。

现代的以太网协议已经通过不断地演进来支持更高的速率和更高的性能，从10M、100M到现在的千兆以太网（Gigabit Ethernet，GbE）。

然而，由于以太网的高速传输特性，如何对其进行准确快速的测试和评估已成为一个亟待解决的问题。

目前，市场上的大多数以太网测试仪器都是基于通用计算机的软件实现，其测试精度和性能受制于硬件和软件的限制，且成本较高。

因此，研究一种基于FPGA的千兆以太网测试系统，能够更加快速、准确地对千兆以太网进行测试，对于企业节省成本、提高测试效率具有重要意义。

二、研究内容和目标本文研究的主要内容是基于FPGA的千兆以太网测试系统，其主要实现目标包括以下几个方面：1.基于千兆以太网标准，设计出FPGA芯片内的数据传输协议。

2.实现测试数据的收集和分析，包括数据包的抓取和分析、吞吐量与网络延时等性能参数的测量，以及测试结果的存储和显示等功能。

3.通过实际测试验证系统的性能和准确性，并分析系统在实际应用中的优劣势。

三、研究计划和进度本文的研究计划和进度如下：1.立项和选题阶段：阅读相关文献资料，确定研究方向和目标，制定研究计划。

2.设计阶段：根据研究方向和目标，设计FPGA芯片内的数据传输协议，并实现测试数据的收集和分析。

3.调试和验证阶段：在硬件平台上完成FPGA芯片的编程和测试数据的收集和分析，对系统进行调试和验证。

4.撰写论文阶段：总结和分析研究结果，并编写完整的论文。

预计完成时间为6个月。

四、研究特色和创新点1.实现了基于FPGA的千兆以太网测试系统，该系统具有快速、准确、低成本的特点，且可用于实际生产和应用。

2.设计了FPGA芯片内的数据传输协议，使测试系统能够更快速、更准确地进行数据传输和分析。

收稿日期：2016-05-12修回日期：2016-06-26基金项目：中航工业集团预研基金资助项目（619010601）作者简介：刘达（1992-），男，山东淄博人，硕士研究生。

研究方向：航电计算机与网络。

*摘要：为满足新一代航空电子系统对光纤通道网络的实际应用，实现FC 终端接口板的快速开发，在对光纤通道协议进行深入研究的基础上，提出了一种基于FPGA 的FC 协议处理芯片的设计方案。

对协议处理芯片的功能结构进行研究分析，采用模块化设计思想，对FC 帧收发模块、缓冲区流量控制模块、端口状态机以及FC 收发通道模块进行详细设计。

通过对协议处理芯片的功能测试表明芯片满足高速低功耗的设计要求，该芯片对航空电子系统中光纤通道网络的研究与应用具有一定的借鉴与促进作用。

关键词：光纤通道，协议芯片，现场可编程门阵列，测试中图分类号：TP302文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2017.07.027基于FPGA 的FC 终端协议处理芯片的设计与实现*刘达，王勇，李炳乾，褚文奎（空军工程大学航空航天工程学院，西安710038）Design and Implementation of FCProtocol Process Chip Based on FPGALIU Da ，WANG Yong ，LI Bing-qian ，CHU Wen-kui（School of Aerospace Engineering ，Air Force Engineering University ，Xi ’an 710038，China ）Abstract ：To meet the new generation avionics system for the practical application of the FibreChannel network and achieve the rapid development of FC interface card ，based on the in-depth study of the Fibre Channel protocols ，a design of the FC protocol process chip based on FPGA is proposed.The functional structure of the chip is researched and analysed.Adopted to the modular design method ，the FC frame transceiver module ，buffer flow control module ，port state machine and FC transceiver channel module are designed in detail.The functional testing shows that the chip can meet the design requirements of high speed and low power consumption ，which has a certain reference and promoting effect on the research and application of Fibre Channel network in the avionics system.Key words ：fibre channel ，protocol chip ，FPGA ，test 0引言光纤通道（Fibre Channel ，FC ）是由美国工业协会为适应快速增长的高速数据传输需求提出的通道标准，它是一种新一代网络和数据总线技术，具有高带宽、低延迟、拓扑灵活、支持多种上层协议等优点，是能够支持多种媒介和链接器件的网络通信协议。

摘要摘要光纤通道(Fibre Channel，FC)技术是一种可靠性高，传输速度快，实时性强的传输技术。

在网络高速发展的今天，海量数据的传输存储显得尤为重要，与信息传输相关的可靠性问题一直都是研究的热点。

光纤通道技术由于它优良的特性，使其成为网络传输中的重要技术。

光纤通道技术能够应用于存储区域网络和航空电子系统中，光纤通道交换机是交换网络中的关键设备，也是存储区域网络中的核心设备，能够实现数据的传输和交换。

本论文通过对光纤通道技术协议的研究，设计了一款光纤通道交换机，该交换机传输速率能够达到2.125Gbps，传输性能好，结构简单。

对该交换机进行模块化划分，采用硬件描述语言Verilog实现，并进行功能仿真和调试。

本文首先介绍光纤通道技术的背景及发展状况，并对光纤通道协议做了简单描述，着重描述光纤通道的服务类型，分层结构，拓扑类型和节点组成。

随后本文在光纤通道协议基础上，通过分层模块化划分，设计了应用于点对点传输技术的端口，主要包括FC-0层，FC-1层，FC-2P层的设计实现。

本文随后在光纤通道端口的基础上，对现有的交换机做简单介绍，对现有的交换结构和调度算法做了大量的研究和对比，并设计了本课题研究的光纤通道交换机。

FC交换机设计的核心是内部的交换结构和调度算法，本文交换结构采用的是CICQ输入及交叉点联合排队缓存结构，输入调度采用LQD调度算法，输出调度采用RR调度。

通过对各功能模块的设计，提出了整体的交换机设计架构，并对内部的切分策略，重组策略，路由策略做了详细描述。

最后对本文设计的交换机线卡进行功能仿真并在FPGA上进行具体实现，并简单介绍了FPGA的调试验证平台，其中采用modelsim软件进行功能仿真，采用Xilinx的virtex-5系列XC5VFX70T的FPGA开发板进行具体实现，采用chipscope 在线调试助手进行调试，并给出了最后的仿真和调试波形图。

仿真调试结果表明本课题设计的交换机功能正确，且性能良好。

基于FPGA和以太网的超声波无损检测系统贾雪;王雪梅;倪文波【摘要】针对机车车辆车轴超声波无损检测的应用需求,为了实现超声波数据的高速实时采集,并将采集的大量数据及时传输至P C机进行存储和处理,设计了一种基于现场可编程门阵列FP GA和以太网连接的超声波无损检测系统.文中在介绍系统基本结构和工作原理的基础上,重点对高速数据采集、基于UDP协议的以太网数据传输及其在FPGA和LabVIEW平台上的实现进行了分析、设计和调试.实验结果表明,所设计的超声波检测系统能实现最高40 MHz的数据采样频率和最高100 Mb/s的数据传输速率,系统运行稳定、可靠,能满足一般工业无损检测的应用需要.%Aimed at the application requirement of the rolling stock axle 's ultrasonic nondestructive testing , an ultrasonic nondestructive testing system based on FPGA and the Ethernet connection was designed .The system can realize the high-speed and real-time acquisition of the ultrasonic data , and transmit a large amount of data to the PC for storage and processing .This pa-per introduced the basic structure and working principle of the system , and focused on analyzing , designing and debugging the high speed data acquisition, the Ethernet data transmission based on UDP protocol , and its implementation in FPGA and the LabVIEW platform.The experimental results show that the designed system can achieve the data sampling frequency up to 40 MHz and data transmission rate up to 100 Mb/s, and the system is stable and reliable .It meets the needs of the general industrial nondestructive testing application .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】4页(P72-75)【关键词】FPGA;超声波检测;以太网传输;UDP协议;LabVIEW【作者】贾雪;王雪梅;倪文波【作者单位】西南交通大学机械工程学院,四川成都 610031;西南交通大学机械工程学院,四川成都 610031;西南交通大学机械工程学院,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TP273Abstract：Aimed at the application requirement of the rolling stock axle’s ultrasonic nondestructive testing, an ultrasonic nondestructive testing system based on FPGA and the Ethernet connection was designed. The system can realize the high-speed and real-time acquisition of the ultrasonic data, and transmit a large amount of data to the PC for storage and processing. This paper introduced the basic structure and working principle of the system, and focused on analyzing, designing and debugging the high speed data acquisition, the Ethernet data transmission based on UDP protocol, and its implementation in FPGA and the LabVIEW platform. The experimental results show that the designed system can achieve the data sampling frequency up to 40 MHz and data transmission rate up to 100 Mb/s, and the system is stable and reliable. It meets theneeds of the general industrial nondestructive testing application. Keywords:FPGA; ultrasonic testing; Ethernet transmission; UDP protocol; LabVIEW随着我国高速铁路的快速发展，人们越来越重视机车车辆运行的安全性和舒适性。

该系统以上海复旦微电子公司的 XC7K325T FPGA 芯片作为核心控制单元，连接国产化以太网 PHY 芯片
88E1512，实现以太网数据包的收发控制，CPU 通过异 步总线接口完成 FPGA 状态与统计信息的读取与显示。 其具体硬件框图如图 1 所示。
RJ45 RJ45
88E1512 88E1512
S_IDLE
S_CALC
S_DEF _HEAD
S_ETH _HEAD
S_IP_PKT S_END
令牌产生速率r1 漏桶容量a
包缓存
数据包发送 峰值速率r2
图 4 令牌桶令牌变化示意图
Fig.4 The transformation diagram of token in token bucket
开始
图 9 主测设备和 IXIA 测试仪的测试结果比较 Fig.9 The comparison test result of main equipment and
IXIA tester
吐量、时延、丢包率等指标。 6 结语
本文针对当前网络的高速发展，以 FPGA 为控制中 心，设计并实现了一种以太网测试系统。利用 VHDL 语 言实现了以太网发送模块、以太网包封装模块、以太网 包接收与分析模块、核心控制模块以及包信息统计模块。 通过 Modelsim 仿真软件，对系统进行了功能仿真，最后 利用 IXIA 网络测试仪对系统进行相关功能和性能的测试 与验证，测试结果表明，该测试系统操作简单、测试精 度高、成本低，具有很强的理论性和实用性。
获取帧长信息
令牌数按固 定速率增加
帧长大于令牌数
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帧长小于或等于令牌数
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令牌数减 去帧长

专利名称：一种基于FPGA的以太网报文可靠传输的实现方法专利类型：发明专利
发明人：鲍丽娜,陈俊来,申广涛,陈淼洋
申请号：CN202210297964.1
申请日：20220324
公开号：CN114615343A
公开日：
20220610
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于FPGA的以太网报文可靠传输的实现方法，属于网络通信技术领域。

本发明提出了一种基于FPGA的以太网报文可靠传输的实现方法，其重新定义了报文帧格式，包括可靠头字段；在数据通信过程中，通过对可靠头进行解析，依据包的包序列号、包应答号、发送状态和接收状态在FPGA实现报文可靠传输。

当网络出现异常失步时，FPGA侧已接收的数据包不会丢失的前提下可再次通过握手包初始化双方的通信，由异常快速恢复到正常通信的同时也提高了通信的效率。

当网络异常时，终端通过解析报文的可靠头字段，可以快速定位出现的问题，便于快速恢复到正常网络。

本发明提高了可靠传输的性能，消耗逻辑资源较少，降低复杂度。

申请人：北京左江科技股份有限公司
地址：100095 北京市海淀区高里掌路3号院9号楼1层101、2层201
国籍：CN
代理机构：中国兵器工业集团公司专利中心
代理人：刘瑞东
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ｃ ＜＝ Ｘ” ＦＦ ＦＦ ＦＦ Ｆ Ｆ” ：
ｃ （ ３ ｏ ） ； ｎ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｅ （ １ ） ＜ ＝ ｄ （ ７ ） ｘ ｏ ｒ ｄ （ ６ ） ｘ ｏ ｒ ｄ （ １ ） ｘ ｏ ｒ ｄ （ ０ ）
ｘ ｏ ｒ ｃ （ ２ ４ ） ｘ ｏ ｒ ｃ （ ２ ５ ） ｘ ｏ ｒ ｃ （ ３ ０ ） ｘ ｏ ｒ ｃ （ ３ １ ） ；
２ ．２ １ ０ ０ ０ Ｍ
ｄ （ ７ ） ＜ ＝ ｉ — 由协（ Ｏ ） ；
一
Ｃ ＲＣ ３ ２电路 ，见 ２ ． ２ 。
一
Ｏ ０ ／ Ｉ Ｏ ０ ０ Ｍ 以太 网为 例 ，速 率越 高 ，所 用
频率越 高，时钟周期越小 ，对发送和接 收 ［ 计要求 也越 高。 由于普通 网卡缓 存受限 ， 发送 时需 要主机 ＣＰ Ｕ参 与 ，无 法达 到全
ｎ ｅ ｘ ｔ
＿
做 出更具体 的说 明，这一 点往往 被忽视，却又 很关键 。实现时 ，在计算 之前根 据输入数据的 可能 需要进 行 ｂ ｉ ｔ 倒序 处理 ：计 算结果 ，则需 要进行字节 内ｂ ｉ ｔ 倒序及 反相 处理。
ｃ ｒ ｅ （ ０ ） ＜ ＝ （ ｄ （ ０ ） ｘ ｏ ｒ ｃ （ ２ ８ ） ） ；
一
键词 】以太网 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ Ｆ Ｃ Ｓ Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ
其 中，ｄ ［ ３ ： ０ 】为 输 入 的 ４ ｂ ｉ ｔ 宽度数据， ｃ ［ ３ １ ： ０ 】 为 前 一次 Ｃ Ｒ Ｃ３ ２计 算 结 果，ｎ ｅ ｘ ｔ ＿
＿
输入数据处理 ，ｉ ｄ ａ ｔ ａ 为输入数据 。
ｏ
ｅ ｒ ｃ ３ ２ （ ３ １ ） ＜ ＝ ｎ ｏ ｔ ｃ （ ２ ４ ） ； ｏ ＿ ｃ ｒ ｃ ３ ２ （ ３ ０ ） ＜ ＝ ｎ ｏ ｔ

一种基于FPGA 平台的宽带信号检测算法的实现摘要随着移动通信和无线电频谱管理技术的迅速发展，无线电频谱资源的紧张已经成为影响无线通信发展的重要因素之一。

为了充分利用和管理无线电频谱资源，需要对其进行有效的监测和管理。

本文提出了一种基于FPGA 平台的宽带信号检测算法的实现。

本文首先介绍了无线电频谱资源的背景和重要性，然后阐述了基于FPGA 平台的宽带信号检测算法的实现原理和过程。

最后，通过实现一个基于NI USRP 软件定义无线电平台和Altera Cyclone IV FPGA 板的实验系统，验证了该算法的可行性和有效性。

实验结果表明，该算法能够准确、快速地检测出宽带信号，具有广泛的应用前景。

关键词：FPGA，宽带信号，检测算法，软件定义无线电引言随着无线通信技术的不断发展，无线电频谱资源的紧张已经成为影响无线通信发展的重要因素之一。

为了充分利用和管理无线电频谱资源，需要对其进行有效的监测和管理。

频谱监测是指对指定频段内的无线电信号进行监测、记录和分析，以获取有关频谱使用情况、信号强度、频率偏移、调制方式等信息的过程。

频谱监测可用于频谱管理、频谱规划、无线电干扰处理等领域，具有重要的应用价值。

目前，频谱监测主要采用软件无线电技术，即利用DSP 处理器、软件平台等对无线电信号进行数字处理，提取有用信息。

但是，由于软件无线电技术受到硬件平台和CPU 性能等因素的限制，往往无法满足实时性、准确性等要求。

因此，基于FPGA 硬件平台的频谱监测技术受到越来越多的关注。

本文提出了一种基于FPGA 平台的宽带信号检测算法的实现。

该算法利用FPGA 硬件平台的高速数据处理能力和可编程性优势，能够快速、准确地检测宽带信号，具有广泛的应用前景。

算法原理宽带信号是指带宽较大的无线电信号，例如Wi-Fi、5G 等信号，其带宽通常在数十兆赫兹到数百兆赫兹之间。

宽带信号的检测一般采用一种称为能量检测的方法，即通过测量信号的能量值来判断是否存在信号。