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基于802.3以太网MAC协议的研究与实现

作　者: 俞迅
导　师: 林正浩
学　校: 同济大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 以太网 MAC层帧 CSMA/CD 全双工半双工 MAC控制 Pause帧
分类号: TP393.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 8次
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内容摘要

本文阐述基于IEEE802.3规范的以太网MAC协议的实现。首先从理论上对MAC层协议作了介绍和分析，然后重点对协议各主要功能的实现进行了讨论，设计以及功能的仿真。设计过程采用自顶向下逐渐细分的方法，首先介绍了整个系统的内部结构并将MAC的基本功能分为数据帧接收、数据帧发送、流量控制这三大部分，给出了它们之间的关系，再分别针对每个模块进行进一步的细分，最后对各个模块进行仿真来检查设计结果。本设计包含数据接收、数据发送、MAC控制以及MAC状态这四个模块：接收模块实现前同步码及帧开始定界符的识别和地址校验功能；发送模块的实现主要集中在CSMA／CD协议；MAC控制模块负责控制帧的生成和处理；状态模块用于记录MAC操作过程中的状态数据。设计采用Verilog HDL语言对其进行描述。使用Xilinx公司的ISE 6对设计结果进行综合，得到各个模块的RTL电路图，最后采用ModelSim SE 6.1f工具进行仿真。仿真时考虑了各种工作情况以得出全面的验证结果。除此之外本文还讨论了吉比特及10吉比特以太网技术及其MAC层协议，为进一步的研究提供了理论基础。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第1章引言  11-14
  1.1 研究的背景及意义  11
  1.2 国内外研究状况  11-13
  1.3 设计目标和主要设计内容  13
    1.3.1 设计目标  13
    1.3.2 主要设计内容  13
  1.4 主要创新点  13-14
第2章以太网发展历史及介绍  14-23
  2.1 以太网发展历史  14-15
  2.2 高速以太网介绍  15-23
    2.2.1 100M快速以太网  15-17
    2.2.2 吉比特以太网  17-19
    2.2.3 10吉比特以太网  19-23
第3章以太网MAC协议  23-40
  3.1 MAC层的功能  23-24
  3.2 MAC帧格式  24-27
  3.3 CSMA/CD协议  27-31
    3.3.1 发送的情况  27-30
    3.3.2 接收的情况  30-31
  3.4 以太网的流量控制  31-40
    3.4.1 半双工下的控制策略  32-33
    3.4.2 全双工下的显式控制  33-37
    3.4.3 流量控制的策略  37-40
第4章以太网MAC层协议的实现  40-70
  4.1 模块的划分及简要说明  40-41
  4.2 数据接收模块的设计  41-49
    4.2.1 功能描述及子模块划分  41-44
    4.2.2 接收MAC的设计  44
    4.2.3 接收状态机的设计  44-46
    4.2.4 地址检查模块的设计  46-47
    4.2.5 计数器模块的设计  47-48
    4.2.6 CRC模块  48-49
  4.3 数据发送模块的设计  49-55
    4.3.1 功能描述及子模块划分  49-51
    4.3.2 综合处理逻辑  51
    4.3.3 计数器模块  51-52
    4.3.4 CRC校验模块  52
    4.3.5 随机数模块  52-53
    4.3.6 发送状态机  53-55
  4.4 控制模块的设计  55-61
    4.4.1 功能描述及子模块划分  55-56
    4.4.2 接收控制模块的设计  56-59
    4.4.3 发送控制模块的设计  59-61
  4.5 状态模块的设计  61-63
    4.5.1 与接收有关的状态  61-62
    4.5.2 与发送相关的状态  62-63
    4.5.3 产生于其他模块但用于发送/接收状态寄存器的状态  63
  4.6 CRC校验模块的设计  63-70
    4.6.1 Crc校验码原理简介  64
    4.6.2 串行32位crc算法  64-65
    4.6.3 并行32位crc算法  65-67
    4.6.4 4位并行CRC-32算法的一些改进及模块的设计思路  67-70
第5章设计结果的综合与仿真  70-83
  5.1 数据接收模块  70-74
    5.1.1 接收模块的综合  70
    5.1.2 接收模块的仿真  70-74
  5.2 数据发送模块  74-77
    5.2.1 数据发送模块的综合  74-75
    5.2.2 数据发送模块的仿真  75-77
  5.3 控制模块  77-80
    5.3.1 控制模块的综合  77-78
    5.3.2 控制模块的仿真  78-80
  5.4 CRC校验模块  80-83
    5.4.1 CRC模块的综合  80-81
    5.4.2 CRC模块的仿真  81-83
第6章结论与展望  83-84
  6.1 结论  83
  6.2 进一步工作的方向  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-87
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  87

基于802.3以太网MAC协议的研究与实现

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