基于FPGA的網絡開發(fā)平臺硬件設計與實現(xiàn).pdf

1、基于FPGA的網絡信息處理正成為近年來高性能網絡設備開發(fā)領域的研究熱點之一。本文從分析常見的網絡開發(fā)平臺架構入手,結合FPGA技術,實現(xiàn)了一款基于大容量FPGA的網絡開發(fā)硬件平臺,提出了平臺及其軟件設計方案,實現(xiàn)了原理圖設計和PCB設計,完成了Linux系統(tǒng)下基于PCI的網絡設備驅動程序設計。具體研究工作如下:
　　 分析了現(xiàn)有的網絡開發(fā)平臺架構:X86架構、ASIC架構、NP架構、FPGA架構,探討了各類架構的實現(xiàn)機制、原理及

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

3、件邏輯是網絡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網絡驅動程序設計為主。
　　 硬件設計包括原理圖設計和PCB設計。原理圖分為多個子電路:電源系統(tǒng)、時鐘電路、PCI總線電路、網絡接口電路、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計。本平臺PCB設計運行速率達1GHz,屬高速電路板系統(tǒng)設計,本文探討了高速電路板的設計流程、信號完整性問題以及常見解決措施,闡述了本平臺PCB設計中線距

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