本文關鍵詞：基于FPGA的TCP協議的設計與驗證

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【摘要】：進入新世紀以來,人類社會已經逐步跨入數字化、信息化時代。信息技術的發(fā)展已經成為推動人類生活方式發(fā)生轉變的一個重要因素。The Internet of Things(物聯網)、Cloud Computation(云計算)、Big Data(大數據)的提出更是信息技術發(fā)展到新階段的一個重要標志。現階段信息技術的一個重要依托就是高速互聯網技術。而要實現高速互聯網,必須克服高時延和低吞吐量這兩個缺點。TCP/IP協議的硬線化是解決上述問題的一個重要途徑。為此,世界各國也都在該項技術上投入了巨大的人力和物力。本文對TCP/IP協議硬線化過程中的關鍵流程TCP協議的硬線化進行了深入的研究。本文以IEEE的RFC793協議為標準,在查閱了大量參考文獻和互聯網資源的基礎上,設計了基于FPGA的TCP卸載引擎。本設計的主要由三大部分構成:TCP發(fā)送處理模塊、定時/計數模塊以及TCP接收處理模塊。其中TCP發(fā)送處理模塊是本設計的核心部分,它主要負責校驗和的產生,數據的封裝,發(fā)送報文的緩存,狀態(tài)的跳轉,相關控制信號的產生,數據流量的控制以及重傳超時時間閾值的調整;定時/計數模塊主要負責記錄TCP報文的發(fā)送以及傳輸時間,以供TCP發(fā)送處理模塊使用。TCP接收處理模塊主要負責接收報文的解析、校驗以及緩存。本設計以Xilinx的EDA設計套件ISE 14.7為軟件編程平臺,采用Verilog HDL為編程語言來設計相應的硬線邏輯電路。以ISE自帶的波形仿真軟件Isimulator為工具進行了功能上的仿真,仿真過程主要分為2個部分:模塊的仿真和系統(tǒng)級仿真。當子模塊仿真和系統(tǒng)整體仿真通過以后,本文將設計好的TCP模塊與UART模塊通過接口例化的形式整合在一起形成一個完整的通信實體。接下來進行綜合、布局布線、生成比特流文件,最后比特文件分別下載到具有兩個不同端口號的NEXYS2開發(fā)板。驗證過程中,根據開發(fā)板上LED燈及8段數碼管的狀態(tài)來判斷本設計在功能上是否符合協議標準。與此同時還使用了邏輯分析儀Logic Analyzer對start_signal_generator的內部信號進行了觀測,觀測的結果進一步證明了該模塊邏輯時序的正確性。最后論文給出了本設計在數據處理時延方面的分析,分析結果指出本設計發(fā)送和接收處理TCP數據包的最大時間為26.36us和26.31us;發(fā)送和接收處理TCP數據包的最小時間為192.5ns和136.3ns。通過查找資料可知傳統(tǒng)形式的TCP協議處理時間基本在毫秒級別,由此可知本設計具有較低的數據包處理時延。
【關鍵詞】：TCP協議 硬線化 FPGA TCP卸載引擎 時延
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN791;TN915.04
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本文編號：947841