基于FPGA的数据缓存与转发系统设计【开题报告】 .pdf

开题报告

电子信息工程

基于FPGA的数据缓存与转发系统设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1.国内外研究动态：

在本设计中主要用到了FPGA芯片，IP数据报，TCP，UDP,ICMP协议和Verilog语言等知

识。那么它们的研究动态如下：

近年来国内外对此类的相关研究迅速增加，就我国国内的研究状况来说，目前，主要是中国移

动和中国联通两大运营商对IP技术做了一些研究，有了一定的成就。但是，基于FPGA的IP技术还不

是很成熟，用于通信实际生活中的还存在着很多问题。而国外对这类技术的研究比较早，技术比较

成熟。在以后的信息时代，随着网络、多媒体、通信技术的快速发展，此类的技术会进一步被

[1]

完善，来满足人们更多的需求。

在上个世纪90年代，IETF在无线网络技术的推动下就开始对IP技术进行了研究，并制定了

相关的技术规范。IP现在有两个版本，分别为IPv4和IPv6。目前广泛使用的是IPv4。以后，要

根据技术和应用需求对这两个协议进行修改和完善随着。人们对移动通信业务的需求日益迫切，用

户的入网注册、路由选择、安全防护，已使IPv4的局限性暴露出来，并成为IPv6产生和发展的必

要趋势[7]。

FPGA是现场可编程门阵列（Field－ProgrammableGateArray）的简称，它最早是由Xilinx

[11]

公司推出。它是一种在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上发展的产物。在C语言基础上

发展的Verilog语言作为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到了众多EDA公司的支持，在

电子工程领域中，它已成为实际上的通用硬件描述语言。目前，用硬件描述语言（Verilog）

完成的电路设计，能够经过简单的综合与布局，快速的烧写FPGA到上进行测试。这些可编辑元件

[6]

能够被用来实现部分基本的逻辑门电路或者一些更复杂的组合功能。

目前，很多学者、专业技术人员在基于FPGA的IP数据报的缓存和转发方面做了深入细致的研

究，已经在理论和实际中得到基本实现，但是还不够完善。为保证IP数据报传输的安全可靠性，对

其系统质量的要求也日益提高，这对基于FPGA的IP数据报的缓存和转发方法理论和实现技术提出了

更高的要求，未来的基于FPGA的I技术将向智能化、复杂化、快速化、高可靠性等方面发展。

2.选题的依据：

FPGA芯片具备了门阵列器件的高集成度和通用性，又具备了可编程逻辑器件的灵活性。

可以实现所有逻辑功能，满足各种设计的需求。它速度快，功耗低，特别适合复杂系统的设

计。如果加电，FPGA芯片就会将EPROM中的数据读入片内RAM中，当配置完成之后，FPGA

芯片就进入工作状态。如果掉电，FPGA芯片就会恢复成白片，内部逻辑关系就会消失，所

以，FPGA芯片能够反复被使用。同一片FPGA芯片，不同的编程数据，就可以产生不同的电

路功能。这样，FPGA芯片的使用非常灵活[13]。

在数据缓存和转发方面，FPGA有着DSP无法比拟的优势。FPGA芯片的时钟频率高。它

的内部时延小，全部控制逻辑都能够由硬件完成，而且速度快，组成方式灵活。例如：从接

收的IP数据报中判断是TCP，UDP，ICMP协议，将报文进行缓存，根据整个系统的设计要

求，将不同的数据报发送到CPU。而利用EDA工具进行设计、综合仿真和验证，则能够加速

设计的过程，降低开发风险，缩短了开发周期。本数据缓存和转发系统就是基于FPGA技术

设计的多路数据进行缓存和转发系统。此外，基于FPGA设计的数据缓存和转发系统还可以

方便地进行远程功能扩展，以适应不同应用场合的需要[7]。

基于FPGA对IP技术的利用和可编程系统集成进行数据的缓存和转发是指：通信实体要

通过标准向结点发出一个IP数据包，将该包的目地地址与自己结点的归属地址相比，如果

与其中任一地址相同，则继续下一步，否则就丢弃。即在FPGA上实现:接