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以太网控制器芯片设计技术研究

以太网控制器芯片设计技术研究

作者：储其方电子科技大学

学位级别：硕士

本文主要阐述以太网控制器芯片数字部分的功能的设计。本文首先介绍了课题来源,然后详细介绍了IEEE802.3以太网MAC层协议,并阐述了与以太网控制器有关的算法,之后描述了整个芯片的内部结构、模块划分,重点描述了各个模块的具体设计,最... 详细信息

本文主要阐述以太网控制器芯片数字部分的功能的设计。本文首先介绍了课题来源,然后详细介绍了IEEE802.3以太网MAC层协议,并阐述了与以太网控制器有关的算法,之后描述了整个芯片的内部结构、模块划分,重点描述了各个模块的具体设计,最后搭建了测试平台、给出了系统主要子功能模块的功能仿真波形。本文对MAC层的主要功能模块有:FIFO模块,DMA模块,PNP(Plug-and-Play,即插即用)模块,与主机进行通信的ISA总线模块,完成IEEE802.3协议MAC层功能的MAC模块,完成整个芯片复位的复位模块。本文详细介绍了CSMA/CD算法、CRC算法、HASH算法和PNP协议,并完成了这些算法与协议的实现过程,详细给出芯片主要功能模块的设计思想和设计过程。在整个芯片的设计过程中,对模块如何合理划分以及各个模块之间如何协同工作,做了详细的设计。按照TOP-DOWN的设计思路将各个功能模块逐一细化。各个模块之间通过接口信号进行连接进行通信,功能模块内部则由状态机控制时序。在编写代码时,尽量考虑硬件的实现方法,充分考虑了芯片内部的资源合理开销和Verilog硬件描述语言的可并发执行理念,力求做到芯片资源消耗少,以满足产品的成本、性能和实用等要求。在底层电路设计过程中,选用Verilog HDL[1][2]进行描述。最后搭建测试功能验证平台,对各个功能模块进行验证。项目最终的目的是设计出一块完整的以太网控制器芯片。

关键词：以太网控制器 MAC PNP Verilog HDL IEEE 802.3

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以太网控制器在片上系统集成和测试

微电子学与计算机 2017年第5期34卷 45-48页

作者：王志军卢慧慧郑哲清华大学微电子所北京100084 全球能源互联网研究院信息与通信研究所北京102211

在片上系统(SOC)中集成了以太网介质访问控制器(MAC),介绍了MAC的组成和结构,片上系统的组成和结构,以及二者的集成方法.通过开发的驱动软件对MAC进行了详细的测试验证,测试结果表明,实现了10Mbps和100 Mbps两种传输速率,半双工和全双... 详细信息

在片上系统(SOC)中集成了以太网介质访问控制器(MAC),介绍了MAC的组成和结构,片上系统的组成和结构,以及二者的集成方法.通过开发的驱动软件对MAC进行了详细的测试验证,测试结果表明,实现了10Mbps和100 Mbps两种传输速率,半双工和全双工两种工作模式,并实现了通过介质无关接口(MII)与以太网物理(PHY)芯片相连接.

关键词：以太网控制器片上系统嵌入式系统集成

以太网控制器LAN91C111在基于DSP的嵌入式系统中的应用

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以太网控制器LAN91C111在基于DSP的嵌入式系统中的应用

作者：付晓军华中师范大学

学位级别：硕士

目前,嵌入式技术的正广泛应用于制造工业、过程控制、通讯、仪表、消费类产品等领域。其中嵌入式操作系统的发展尤为突出,出现了一些优秀的开放源代码的操作系统,如Linux和μC/OS-Ⅱ等。μC/OS-Ⅱ以其精简的内核、高实时性以及可靠性在... 详细信息

目前,嵌入式技术的正广泛应用于制造工业、过程控制、通讯、仪表、消费类产品等领域。其中嵌入式操作系统的发展尤为突出,出现了一些优秀的开放源代码的操作系统,如Linux和μC/OS-Ⅱ等。μC/OS-Ⅱ以其精简的内核、高实时性以及可靠性在工业控制领域将大有所为。本论文在基于DSP的嵌入式系统方面所做的工作,主要是围绕着在TMS320LF2407A系统上进行μC/OS-Ⅱ移植及以LAN91C111扩展以太网接口应用展开研究。论文首先阐述了嵌入式实时操作系统的功能、评价指标、发展及未来趋势,并介绍了国内外常见的几种嵌入式实时操作系统。接着分析了μC/OS-Ⅱ的系统内核结构,并对μC/OS-Ⅱ系统内核结构进行了裁剪和修改,将其移植到了TI公司的TMS320LF2407A DSP处理器上。论文详细论述了移植的具体方法、步骤和要注意的问题。针对系统的嵌入式以太网接口,对以太网接口进行分析,介绍了工业级以太网控制器LAN91C111,详细阐述了接口驱动程序的开发。对基于DSP的μC/OS-Ⅱ的中断服务子程序和临界段宏定义进行了优化与改进,并建立了一个测试小系统来对已做工作进行验证。最后,对现有的工作进行了总结,提出了不足和需要进一步研究探讨的任务。

关键词： LAN91C111 CμC/OS-II DSP TMS320LF2407A 以太网控制器驱动程序

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国产微处理器与以太网控制器IP的集成方法

计算机工程 2008年第5期34卷 234-236页

作者：毕卓郑应平汤迟同济大学电子与信息工程学院上海200092

针对如何使用现有IP资源加速国产微处理器产业化的问题,提出一套将OPENCORES组织提供的以太网控制器IP同国产微处理器集成的工程方法,其中包括如何建立微处理器与以太网控制器IP的硬件和软件接口,以及相关的测试程序和环境。给出了硬件... 详细信息

针对如何使用现有IP资源加速国产微处理器产业化的问题,提出一套将OPENCORES组织提供的以太网控制器IP同国产微处理器集成的工程方法,其中包括如何建立微处理器与以太网控制器IP的硬件和软件接口,以及相关的测试程序和环境。给出了硬件结构图及关键路径分析。采用逻辑仿真与物理仿真的方法,证明该集成方法的有效性。

关键词：片上系统以太网控制器集成方法

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以太网控制器虚拟化模块结构设计

信息技术 2021年第1期45卷 103-108页

作者：董树林梅冰清赵永建任敏华谭晓刚中国电子科技集团公司第三十二研究所上海201808

针对虚拟机监视器采用软件模拟来实现I/O虚拟化所造成CPU负担重和网络I/O效率低的问题,文中基于硬件辅助I/O虚拟化的思想,提出了一种以太网控制器虚拟化模块结构设计方案。设计方案中的虚拟信息处理模块根据解析数据帧得到的信息,完成... 详细信息

针对虚拟机监视器采用软件模拟来实现I/O虚拟化所造成CPU负担重和网络I/O效率低的问题,文中基于硬件辅助I/O虚拟化的思想,提出了一种以太网控制器虚拟化模块结构设计方案。设计方案中的虚拟信息处理模块根据解析数据帧得到的信息,完成数据帧的虚拟机队列决策;分页式内存管理单元则实现数据帧内存动态管理和创建描述符队列。二者联合将数据帧分类到正确的虚拟机收发队列。实验结果表明,文中设计的以太网控制器虚拟化模块结构方案,在硬件上实现单个端口支持多个虚拟机拥有独享的数据收发通路,从而减轻CPU的负担,提高虚拟机的网络I/O效率。

关键词：以太网控制器 I/O虚拟化分页式内存管理虚拟机设备队列

SPI接口以太网控制器ENC28J60及其应用

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微计算机信息 2006年第8Z期22卷 266-268页

作者：祁树胜西安航空技术高等专科学校 710077

目前大多数以太网控制器都是为个人计算机而设计的,在精简的嵌入式系统中使用比较繁杂,常常需要采用扩展总线的方式,本文介绍了全球目前最小封装的以太网控制器ENC28J60,由于采用SPI串行接口方式,简化了设计,本文介绍了其特性、内部结... 详细信息

目前大多数以太网控制器都是为个人计算机而设计的,在精简的嵌入式系统中使用比较繁杂,常常需要采用扩展总线的方式,本文介绍了全球目前最小封装的以太网控制器ENC28J60,由于采用SPI串行接口方式,简化了设计,本文介绍了其特性、内部结构和引脚功能,详细分析了其寄存器设置和工作过程,给出了与微控制器接口的应用电路。

关键词：以太网控制器 SPI ENC28J60

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支持虚拟化的以太网控制器研究与设计

支持虚拟化的以太网控制器研究与设计

作者：董树林中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

近年来随着云计算技术的蓬勃发展,提高网络虚拟I/O效率成为热门的研究课题。I/O虚拟化技术是将硬件I/O设备抽象成多个可分配给虚拟机的虚拟I/O设备,其实现方式主要分为软件模拟和硬件辅助。其中软件模拟由软件完成所有虚拟化工作,但该方... 详细信息

近年来随着云计算技术的蓬勃发展,提高网络虚拟I/O效率成为热门的研究课题。I/O虚拟化技术是将硬件I/O设备抽象成多个可分配给虚拟机的虚拟I/O设备,其实现方式主要分为软件模拟和硬件辅助。其中软件模拟由软件完成所有虚拟化工作,但该方案I/O效率低且占用CPU资源较高。硬件辅助则是通过专门的硬件提供多个可分配给虚拟机的功能接口,以此来提升网络虚拟I/O性能。本文基于硬件辅助I/O虚拟化,设计一个支持虚拟化的PCIe千兆以太网控制器。与传统以太网控制器结构相比,本设计进行以下创新与改进。1、在数据帧二层过滤的同时,以队列号的方式获得数据帧的初始分类依据,并根据优先级决策出数据帧最终队列号(VMDq＿Pool)。改进内存管理单元,采用两级链表方式管理内存。每个描述符对应一个数据帧,根据VMDq＿Pool将描述符分类,实现数据帧在RAM中预分类。将原本软件负责的数据帧分类转发工作交由硬件实现。2、根据VMDq技术的Pool概念,增加由八对FIFO组成的缓存模块,每对FIFO对应一个虚拟机。将预分类的数据帧和描述符存储在相应的Pool中。最终通过配置DMA将数据帧写入到相应的虚拟机内存。实验结果证明本设计实现单lane上的数据帧按照以太网类型分别写入到相应的虚拟机内存,并且单lane的I/O速率达到1000Mbps。与软件I/O虚拟化相比,本设计通过虚拟设备队列和功能卸载,实现多个虚拟机与单个以太网控制器直通,提高虚拟I/O性能,降低CPU负担。

关键词： I/O虚拟化以太网控制器虚拟机设备队列分页式内存管理

IPTV网络测试仪中以太网控制器的设计与实现

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电视技术 2009年第8期33卷 61-64页

作者：杜西亚张治中陈玉花重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室重庆400065

针对IPTV网络的监测与维护,结合目前网络的快速演进,在综合考虑业务发展和运营商实际需求的基础上,设计了IPTV网络测试仪中的以太网控制器,对仪表的系统结构、以太网控制器的算法与链路层提取指标等进行了阐述,并通过FPGA对其进行仿真... 详细信息

针对IPTV网络的监测与维护,结合目前网络的快速演进,在综合考虑业务发展和运营商实际需求的基础上,设计了IPTV网络测试仪中的以太网控制器,对仪表的系统结构、以太网控制器的算法与链路层提取指标等进行了阐述,并通过FPGA对其进行仿真及验证,结果证明,此方案设计具有高度的可靠性和稳定性,在IPTV网络测试仪中得到了良好的应用。

关键词： IPTV 以太网控制器 FPGA

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多路千兆以太网控制器的研究与设计

多路千兆以太网控制器的研究与设计

作者：陈奇中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

以太网控制器是计算机接入以太网络的重要部件,传统的单路千兆以太网控制器的传输带宽已经很难满足各种应用场景,多网口的设计使得传输带宽成倍增加,因此本课题对多路千兆以太网控制器进行研究。本论文的具体工作如下:对科室早期设计的... 详细信息

以太网控制器是计算机接入以太网络的重要部件,传统的单路千兆以太网控制器的传输带宽已经很难满足各种应用场景,多网口的设计使得传输带宽成倍增加,因此本课题对多路千兆以太网控制器进行研究。本论文的具体工作如下:对科室早期设计的以太网控制器进行改进,给出了多路千兆以太网控制器的设计方案,实现了千兆以太网口与主机PCIe接口网络数据适配的基本功能,且性能大大提高。为使数据能够通过多通道并行传输,对搬运数据帧的多通道DMA技术进行深入研究,提出重新设计PCIe接口模块,对DMA控制器进行有效配置。通过修改PCIe接口模块使用的仲裁方式,设计了基于动态加权轮询机制的仲裁模块,并且修改了收发控制模块连接到仲裁模块的DMA请求信号的接口逻辑。在每条lane同时收发800字节数据帧的场景下,速率由452Mbps左右提升到908Mbps左右,数据传输速率提升了近一倍,解决了每条lane同时收发数据相互阻塞的问题;将以太网控制器多路并行传输的通道数设计成灵活可配,具体可配置为两路、三路或四路,在多路并行收发数据帧时,仲裁通道号逻辑混乱的问题不再出现,性能大大提高,在传输800字节数据帧的场景下,接收的平均速度达到了910Mbps左右,发送的平均速度为760Mbps左右,通过进一步对软仿测试平台的修改,最终发送数据帧间隔也均达到96ns。通过优化PCIe接口模块在DMA配置阶段寄存器的配置流程,数据传输速率进一步提升了4.5%左右。此外,将AHB总线时钟频率从200Mhz提升到250Mhz,缩短了DMA配置时间,并使用异步FIFO处理跨时钟域传输问题,解决了DMA配置信号间或性采样混乱的问题,减小了电路的亚稳态风险。最终,该以太网控制器实现了多路并行同时收发数据帧,功能完全正确,传输速率均达到千兆线速。本课题设计的基于多通道DMA技术的多路千兆以太网控制器,性能较原基础显著提升,且设计流程和设计思路具有一定的实用性,对推动千兆以太网的应用具有重要意义。

关键词：以太网控制器直接存储器存取(DMA) 多通道效率验证方法学(UVM)