基于FPGA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)千兆傳輸?shù)难芯?pdf

1、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技術(shù)在近幾年里飛速發(fā)展，并廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，特別是軍事領(lǐng)域里。利用FPGA和數(shù)字信號處理(DSP)能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜算法，從而高質(zhì)量的完成短波與衛(wèi)星實(shí)時(shí)信號的解調(diào)、濾波和解碼，另外它具有體積小、耗電少的優(yōu)點(diǎn)，使其更適合于周圍環(huán)境差、機(jī)動(dòng)性要求高的部門。 一直以來，后端數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸是整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。為了解決遠(yuǎn)程傳輸?shù)膯栴}，我們也曾采用過一種方法，即將FPGA和DSP芯片合成PCI板卡，數(shù)據(jù)由板卡傳輸?shù)?/p>

2、計(jì)算機(jī)，然后再由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。這樣雖然完成了傳輸，但就計(jì)算機(jī)來說，它只是作為一個(gè)中介來用，所以既浪費(fèi)資源，又使整個(gè)系統(tǒng)顯得笨拙(系統(tǒng)還有前端設(shè)備)，不方便攜帶。 因此，能不能拋開對計(jì)算機(jī)的依賴，重新設(shè)計(jì)新系統(tǒng)，成為了我們研究的重點(diǎn)。而整個(gè)研究課題的關(guān)鍵又在于，能否利用其它上網(wǎng)方式替代計(jì)算機(jī)上網(wǎng)。針對上述問題，本人做了以下工作： 1、仔細(xì)分析網(wǎng)卡內(nèi)部工作原理，詳細(xì)剖析千兆網(wǎng)卡上的數(shù)據(jù)鏈路層(MAC)芯片和物理層(P

3、HY)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后反復(fù)論證了這兩種芯片和FPGA芯片結(jié)合使用的可行性。比較各種千兆以太網(wǎng)控制芯片的優(yōu)缺點(diǎn)，選用適合本設(shè)計(jì)的MAC芯片和PHY芯片：同時(shí)根據(jù)接口的控制線、數(shù)據(jù)線和地址線數(shù)量，和綜合運(yùn)算處理的工作量，選擇設(shè)計(jì)所用的高性能FPGA芯片。遵循IEEE背板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一塊以FPGA、MAC和PHY三種芯片為主體的背板，作為實(shí)驗(yàn)的硬件平臺(tái)。設(shè)計(jì)中解決了信號線之間的串?dāng)_和電源供電不穩(wěn)等一系列問題。 2、利用VHDL語

4、言，編寫各種控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和協(xié)議解析模塊。控制模塊實(shí)現(xiàn)對MAC和PHY芯片的各種寄存器的讀寫控制，同時(shí)配置它們的工作模式和傳輸速度；數(shù)據(jù)處理模塊完成前端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理；協(xié)議解析模塊完成數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 3、利用示波器、邏輯分析儀和萬用表等儀器，查找背板工作時(shí)發(fā)生異常的原因，并想辦法解決故障。 最后，經(jīng)過我們的努力，背板運(yùn)行正常，達(dá)到了預(yù)期的要求，能實(shí)現(xiàn)高達(dá)620MBPS的數(shù)據(jù)傳輸。另外我們相信經(jīng)過后期