基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺硬件設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)信息處理正成為近年來高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)領(lǐng)域的研究熱點之一。本文從分析常見的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺架構(gòu)入手,結(jié)合FPGA技術(shù),實現(xiàn)了一款基于大容量FPGA的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)硬件平臺,提出了平臺及其軟件設(shè)計方案,實現(xiàn)了原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計,完成了Linux系統(tǒng)下基于PCI的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計。具體研究工作如下:
　　 分析了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺架構(gòu):X86架構(gòu)、ASIC架構(gòu)、NP架構(gòu)、FPGA架構(gòu),探討了各類架構(gòu)的實現(xiàn)機(jī)制、原理及

2、其優(yōu)缺點。簡要介紹了本平臺支持的網(wǎng)絡(luò)信息處理功能及應(yīng)用開發(fā)者應(yīng)掌握的知識和開發(fā)工具。
　　 本文采用模塊化設(shè)計方法,總體方案主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計主要指硬件電路板的設(shè)計與實現(xiàn),按電路功能將其劃分為Virtex-5模塊、SPARTAN模塊、存儲模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。軟件設(shè)計包括應(yīng)用程序、驅(qū)動程序和FPGA硬件邏輯設(shè)計,其中應(yīng)用程序查看和配置硬件設(shè)備參數(shù),驅(qū)動程序為硬件設(shè)備運行分配并管理必要的系統(tǒng)資源,FPGA硬

3、件邏輯是網(wǎng)絡(luò)信息處理的核心部分。本文實現(xiàn)以硬件電路板開發(fā)和Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序設(shè)計為主。
　　 硬件設(shè)計包括原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計。原理圖分為多個子電路:電源系統(tǒng)、時鐘電路、PCI總線電路、網(wǎng)絡(luò)接口電路、配置電路、存儲電路等,本文介紹了主要芯片的選取,并完成了各子電路原理圖設(shè)計。本平臺PCB設(shè)計運行速率達(dá)1GHz,屬高速電路板系統(tǒng)設(shè)計,本文探討了高速電路板的設(shè)計流程、信號完整性問題以及常見解決措施,闡述了本平臺PCB設(shè)計中線距

4、線寬等約束規(guī)則設(shè)置以及約束驅(qū)動布線的設(shè)置過程,最后完成了PCB的布局布線工作。
　　 驅(qū)動程序分為PCI設(shè)備驅(qū)動設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動設(shè)計兩部分。本硬件平臺為基于PCI的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,運行于Linux系統(tǒng)下,可以實現(xiàn)四個網(wǎng)絡(luò)接口。驅(qū)動程序首先向Linux內(nèi)核注冊PCI設(shè)備,初始化網(wǎng)絡(luò)接口,為PCI硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口申請系統(tǒng)資源,并將網(wǎng)絡(luò)接口關(guān)聯(lián)到PCI硬件設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計分為接收數(shù)據(jù)包模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)包模塊、中斷處理模塊等。DM