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嵌入式网络实验系统的研究与设计

嵌入式网络实验系统的研究与设计

作者：许水生华中科技大学

学位级别：硕士

随着计算机网络技术的飞速发展,传统教学模式越来越难适应讲授日益复杂的网络知识,增加实验操作环节成为解决该问题的有效途径。作为嵌入式系统的具体产品,嵌入式网络实验系统为院校廉价建立计算机网络实验室提供了可行性方案。本文提... 详细信息

随着计算机网络技术的飞速发展,传统教学模式越来越难适应讲授日益复杂的网络知识,增加实验操作环节成为解决该问题的有效途径。作为嵌入式系统的具体产品,嵌入式网络实验系统为院校廉价建立计算机网络实验室提供了可行性方案。本文提出了基于高端微处理器与嵌入式操作系统的嵌入式网络实验系统解决方案,并进行了整体设计和初步实现。首先基于高端微处理器为核心的硬件平台,设计了嵌入式网络实验系统的电路,包括电源模块、主控制器模块、外部存储器模块、交换模块、以及调试接口模块。其中电源模块负责整个系统稳定工作所需要的电压和电流;主控制器模块是整个系统的核心,负责控制电源之外的其他模块;外部存储器模块负责存储程序及提供其运行空间;交换模块负责处理数据包的交换和转发;调试接口模块用于系统的调试以及后续的二次开发。其次基于嵌入式操作系统为核心的软件架构,开发了相关模块的驱动程序、系统引导程序,以及移植了嵌入式操作系统。再次基于系统软、硬件平台的设计,实现了嵌入式网络实验系统的交换功能。论文最后给出了系统测试结果与分析。测试结果表明,本文设计了嵌入式网络实验系统的硬件平台、搭建了系统软件平台,并实现了系统交换功能。

关键词：嵌入式处理器交换芯片网络驱动程序网络接入技术虚拟局域网

基于Zone协议的FCoE网络访问控制的设计与实现

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基于Zone协议的FCoE网络访问控制的设计与实现

作者：刘一飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来，数据中心网络设备的市场在快速增长，网络的融合可以大大的降低数据中心的成本，是数据中心重要的发展方向之一。为了满足新IT时代用户在IT与业务层面的更高需求，同时掌控IT与业务之间的平衡，在战略上通过技术创新来驱动变革... 详细信息

近年来，数据中心网络设备的市场在快速增长，网络的融合可以大大的降低数据中心的成本，是数据中心重要的发展方向之一。为了满足新IT时代用户在IT与业务层面的更高需求，同时掌控IT与业务之间的平衡，在战略上通过技术创新来驱动变革在具体实现上，通过H3Cloud、融合数据中心CDC、软件定义网络SDN、IT移动化BYOD、新运营网FlexCarrier、智慧城市SmartCity等技术方案，在业务定义、控制层、虚拟化、物理设备层等各个方面对用户的业务给予高效支撑，帮助用户缩短新业务上线时间和业务变更时间，从而提升IT资源利用率，实现资源优化。本文基于以太网络和数据中心网络的融合与FCoE(Fabric over Ethernet以太网光纤通道)标准的确定，为确保FCoE网络的数据安全性，弥补Vsan(Visualstorage access network虚拟存储网络)协议可能造成的安全性缺陷。分析现有交换机造成转发延迟的瓶颈，从芯片的角度提出可以通过硬件来实现Zone的检查，并且进一步通过设计和实现硬件Zone来提高网络安全检查的速度，以提高交换机转发效率。从兼容性角度考虑到多种虚拟化策略，全面兼容整个产品线的多款产品。本项目采用C语言设计并实现了支持FCoE协议的交换机驱动层的网络安全控制，基于Zone协议，在设计上，硬件Zone可以分为三层，分别是接口层、功能层和硬件表项层，接口层实现了交换机的软件接口，可供命令行或其他模块直接调用，在本层只负责一系列的检查性工作，功能层即实现接口的具体功能，负责实现函数的处理逻辑，硬件表项层即对交换机芯片上表项的设置，在本层主要调用芯片厂商提供的SDK，对SDK进行封装，设置Zone所需要的具体硬件表项，完成下发硬件，硬件自动检查的功能。优化了Zone检查的效率，提高了交换机的性能，解决了之前软件层检查带来的瓶颈问题。经过实际的测试，证明了本系统完成了FCoE网络有效的安全访问控制，建立了一整套可以兼容多种虚拟化架构，兼容全线产品的驱动层的安全访问机制，能够正确的丢弃或转发报文，并不会造成协议报文被误丢弃的现象。满足交换机产品的功能性需求以及性能和效率的需求，具有较高的实用价值。

关键词： FCoE Zone协议交换芯片网络融合

基于AVB的车载千兆以太网交换机设计与研究

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基于AVB的车载千兆以太网交换机设计与研究

作者：朱永健河北工业大学

学位级别：硕士

随着电子产品在网络领域和智能领域的快速发展,汽车领域中的电子控制器也变得越来越智能,并且对车载网络的带宽需求也在持续增加。各种车载新技术为人们带来了舒适性、安全性和智能化的过程中,也使得车内控制器的数量快速增长,为车载网... 详细信息

随着电子产品在网络领域和智能领域的快速发展,汽车领域中的电子控制器也变得越来越智能,并且对车载网络的带宽需求也在持续增加。各种车载新技术为人们带来了舒适性、安全性和智能化的过程中,也使得车内控制器的数量快速增长,为车载网络的带宽带来了负担。尤其是在车载音视频传输领域,各种音视频传输需求持续增加,例如360环视系统、ADAS系统、主动安全系统等。以360环视系统为场景设计需求,设计了满足AVB协议的车载千兆以太网交换机。通过对车载以太网交换机和AVB关键技术的研究,设计了一种基于360环视系统的车载千兆以太网交换机,该交换机支持AVB协议。首先对涉及到的技术进行了详细描述,包括车载以太网、交换机、AVB技术。然后以无压缩高清视频传输为设计需求,介绍了选用的交换机芯片88Q5050和PHY芯片88Q2112的性能特点,搭建了交换机的系统框架搭建。交换机设计采用了2片88Q5050交换芯片和3片88Q2112物理层芯片为千兆网模块进行音视频数据传输。其次对交换机系统的交换芯片和PHY芯片的硬件电路进行了详细描述,主要是从接口电路以及电源管理方面。最后对搭建的环境进行了测试验证,测试结果表明,验证结果达到预期,可以验证交换机平台的带宽满足千兆的设计需求,并且能够支持AVB协议中的流预留和队列转发协议的要求,在音视频传输过程中,在优先保证音视频传输的同时也能满足异步数据流的传输。系统设计特点为搭载了目前市面上第一款汽车级1000BASE-T1以太网PHY芯片88Q2112,与两片交换芯片组合购构成一款支持AVB的千兆以太网交换机。为车载以太网网络向着千兆级的迈进提供了参考依据。

关键词： 360环视系统千兆以太网交换机 AVB 交换芯片 PHY芯片

基于IEEE1588标准交换机的研究和设计

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基于IEEE1588标准交换机的研究和设计

作者：张涛允华北电力大学（北京）

学位级别：硕士

目前IEC61850标准已成为变电站通信网络和系统的唯一国际标准,按照IEC61850标准体系的描述,采用工业以太网作为变电站自动化系统的基本通信网络,硬接线连接将被基于交换式以太网的通信网络所代替。工业以太网的关键部件——工业以太网... 详细信息

目前IEC61850标准已成为变电站通信网络和系统的唯一国际标准,按照IEC61850标准体系的描述,采用工业以太网作为变电站自动化系统的基本通信网络,硬接线连接将被基于交换式以太网的通信网络所代替。工业以太网的关键部件——工业以太网交换机,用于构建电力系统中各种网络架构和传输各种控制命令和监测数据,并通过网络传输电力设备之间的跳闸命令和闭锁信号。同时,电力系统中的监控和保护设备,都必须通过铜缆或光缆将自身的通讯报文汇集到交换机并转发出去,大量的数据交换要求交换机必须具有充足的交换容量和快速的交换能力,以及很低的交换延迟,以满足监控系统通讯的可靠性和实时性。2002年底颁布的IEEE1588协议——网络化测量和控制系统的精确时钟同步协议,是用于测量和自动化系统中的高精度网络时钟同步协议。它在总结之前各种各样通讯模式下的同步时钟的方法同时,开创性地解决了总线网络的同步时钟问题以及跨网段的同步时钟问题,同时提出了在不同层次实施该协议可得到不同等级的同步时钟精度。鉴于IEEE1588标准高精度的分布式网络对时特点,研究和开发支持IEEE1588标准并应用于电力系统的工业以太网交换机具有重要的意义。文章通过对IEEE1588标准的研究和分析,对工业以太网交换机硬件和软件进行研究和设计,并提出具体设计方案。交换机的硬件设计包括对CPU模块、交换芯片、外围存储、电源模块等硬件电路的设计。其中交换芯片是通过对三家主要交换芯片厂商的产品进行详细比对而作出选择。软件模块的设计主要是针对交换机的软件管理结构进行设计的,以嵌入式系统Vxworks为基础,设计交换机BSP、驱动程序、通信模块等。

关键词：以太网交换机工业以太网 IEEE1588标准 PTP协议交换芯片交换机软件系统 Vxworks

ATCA平台上的RapidIO链路设计与分析

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ATCA平台上的RapidIO链路设计与分析

作者：刘升财电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着嵌入式系统的不断发展,对系统内的数据传输能力提出了更高的要求,期间涌现出了许多新型的串行总线技术,其中,串行Rapid IO(SRIO)以其高性能、高可靠性、结构灵活等特点,在嵌入式系统当中得到了越来越广泛的应用,RapidIO也因... 详细信息

近年来,随着嵌入式系统的不断发展,对系统内的数据传输能力提出了更高的要求,期间涌现出了许多新型的串行总线技术,其中,串行Rapid IO(SRIO)以其高性能、高可靠性、结构灵活等特点,在嵌入式系统当中得到了越来越广泛的应用,RapidIO也因此成为了世界上唯一的嵌入式系统互连国际标准。本课题为基于60GHz无线传输高速基带平台的设计,该平台采用ATCA构架,单板上以两块FPGA为主搭建,采用串行RapidIO协议进行两块FPGA之间的高速数据传输,并且在单板上加入了RapidIO交换芯片用于系统未来的升级与扩展,本文就是围绕整个系统平台下的RapidIO链路设计和测试展开研究。本文首先深入研究了RapidIO互连体系结构和作为设计平台的ATCA构架,分别对RapidIO协议中的逻辑层、传输层和物理层进行了分析,从功能的角度对各层结构和关键技术展开研究,并重点对RapidIO包格式,事务操作流程进行了分析。对ATCA平台的研究主要针对用于板间RapidIO传输的串行背板展开。接着根据对RapidIO协议的研究,以60GHz无线传输高速基带平台为应用需求,设计出了基于Xilinx公司的SRIO端点IP核和Virtex 7系列FPGA的点到点直连串行RapidIO链路,并针对60GHz应用数据的特点和IP核的外部接口特性设计了基于异步FIFO实现的不同读写宽度的跨时钟域数据传输用户接口。完成设计后对链路进行了仿真验证,然后利用Chip Scope在线调试工具实现了板上协议功能测试、延迟测试、带宽测试等。最后,为了满足将来对系统进行扩展和升级的需求,以及实现RapidIO组网的灵活性,在两块FPGA之间的点对点直连传输基础之上,设计出了基于IDT公司第二代串行RapidIO交换芯片CPS-1848的交换链路,该交换链路分为两部分,第一部分为单板上的RapidIO交换链路,第二部分为跨ATCA背板传输的RapidIO链路,主要设计内容包括CPS-1848与背板间的连接关系,CPS-1848的配置,链路的连通性测试和整个系统的性能测试等。

关键词：串行Rapid IO 60GHz FPGA IP核交换芯片

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AP设备以太网驱动模块的设计与实现

AP设备以太网驱动模块的设计与实现

作者：刘佳西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着无线网络技术的发展,无线宽带接入功能的实现在很大程度上满足了用户在移动情况下对无线宽带接入的需求,因此,具有广阔的发展空间和巨大的应用前景。无线接入点设备(AP)在无线局域网络中起着举足轻重的作用,其性能的好坏在很大程度... 详细信息

随着无线网络技术的发展,无线宽带接入功能的实现在很大程度上满足了用户在移动情况下对无线宽带接入的需求,因此,具有广阔的发展空间和巨大的应用前景。无线接入点设备(AP)在无线局域网络中起着举足轻重的作用,其性能的好坏在很大程度上决定了无线局域网传输速率、网络稳定性等性能。AP设备功能类似于以太网无线交换机,其工作原理是将输入的有线网络信号经过编译转化成无线网络信号并通过天线输出,在一定空间范围内形成无线网络覆盖。对无线AP设备来说,以太网有线报文的处理效率,将直接影响AP产品无线转发性能。以太网技术具有简单易用,价格低廉的优点,在很多领域都有广泛的应用。本文主要研究内容是AP设备以太网驱动模块的设计与实现,本论文主要从以下三个方面进行论述:1.需求分析。通过分析设备的功能需求和选用芯片的功能与特点,给出了AP设备的硬件和软件总体设计方案,重点介绍了 AP设备软件设计中以太网驱动模块的设计与实现。本AP设备以太网驱动模块的设计是基于嵌入式Linux系统开发的,主要包括MAC驱动和交换芯片的驱动的设计。***设备的设计与实现。AP设备的以太网驱动模块采用分层设计实现,MAC驱动和交换芯片驱动独立实现,两个驱动模块之间通过标准的接口函数进行通信,便于移植。以太网MAC芯片的主要功能是实现以太网报文的收发处理,具体包括设备内与设备间的数据通信,报文收发中断处理机制,报文分类统计处理等。MAC芯片驱动模块主要完成芯片初始化和报文的接收与发送功能。交换芯片的主要功能是实现二层报文的转发,交换芯片的驱动主要完成交换芯片的初始化,二层报文转发的软件处理机制,包括MAC表项的建立和删除,VLAN表项的建立和删除,转发机制等。MAC芯片与交换芯片通过SGMII和RGMII接口连接,两个芯片之间的数据通信功能也是驱动模块实现的重要功能之一。该AP设备通过以太网驱动模块,对外提供三个千兆LAN 口和一个千兆WAN 口,有效的提高了有线网口对以太网报文处理的速率。3.系统测试。为了验证所设计的以太网驱动模块是否满足需求,本文设计了完整测试用例,并对AP设备的以太网驱动模块进行了系统测试。在整个测试过程中,AP设备能够正常稳定的运行,性能达标,满足所有功能需求。测试结果表明,所设计的以太网驱动模块可以实现高效的数据转发和便捷、灵活的配置。验证了本文所提出的以太网驱动模块设计方案的有效性。本AP设备的以太网驱动模块的设计和实现,有效的提升了 AP设备的有线报文处理能力,使有线网口不再成为无线接入设备的速率瓶颈,让用户尽情享受千兆无线带宽速率带来的便利,同时提升了本AP设备的市场竞争力,在同类无线设备中具有明显的性能优势。

关键词：以太网无线接入点 MAC驱动交换芯片

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三层交换机路由子系统设计与实现

三层交换机路由子系统设计与实现

作者：巩小东西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着企业级网络规模的不断扩大,以及伴随而来的安全、成本以及网络可控性等问题,具备IP交换功能的三层交换机的优点日益突出。路由子系统做为三层交换机系统软件的核心模块,在效率、稳定性与可扩展性上有了新的要求。本文分析了... 详细信息

随着企业级网络规模的不断扩大,以及伴随而来的安全、成本以及网络可控性等问题,具备IP交换功能的三层交换机的优点日益突出。路由子系统做为三层交换机系统软件的核心模块,在效率、稳定性与可扩展性上有了新的要求。本文分析了路由协议与三层交换机转发原理,实现了三层交换机配套网络操作系统中的路由子系统,通过动态路由协议获得路由条目,遴选高权值路由条目并下载到交换芯片硬件路由表。其中设计并实现了基于select的非阻塞多工操作循环流程,路由子系统各个守护进程初始化后,通过进入该循环完成各自功能;设计并实现了无冲突的异步队列机制,可无冲突的异步的操作临界资源路由表;实现了用户通过终端访问守护进程的功能,使用户可以方便的管理与配置路由子系统;设计并实现了路由协议差异屏蔽层,实现了路由子系统的路由协议可定制性,实现了高权值路由选择功能;实现了转发芯片路由表更新功能,可将内核路由表MAIN更新到转发芯片硬件路由表LPM。通过用例测试以及在开局中的实际应用证明,本文实现的路由子系统完成了更新路由条目到转发芯片路由表的功能;在为用户定制版本添加BGP路由协议的过程中表明,本论文实现的路由子系统完成了路由协议可定制的要求。

关键词：路由协议三层交换机交换芯片定制