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基于内存反射技术的实时网络接口卡研制

作　者: 李明星
导　师: 姜守达
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 反射内存光纤传输数据缓存
分类号: TP334.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在计算机实时系统中,为了保证整个系统的实时性,要求系统中网络传输具有实时特性。传统的网络技术,如以太网、FDDI等在实时应用中存在几方面的缺点,不利于系统整体性能的提高。反射内存网是一种高速、实时、确定性的网络,因此,研制基于内存反射技术的实时网络接口卡,组建反射内存网,有重要的应用价值。本文在详细研究了反射内存网工作原理的基础上,采用SDRAM作为反射内存卡的反射内存,设计了反射内存卡。在FPGA内部设计了反射内存卡控制和状态寄存器组,设计了PCI接口控制逻辑,设计了SDRAM控制逻辑,数据存取控制逻辑,多个用于数据缓存的FIFO及其控制逻辑,提高了数据传输吞吐率,避免了内存读写冲突。采用高速SerDes及光纤收发器设计了光传输模块,串行传输速率达1.0625Gb/s,并在FPGA内部设计了8B/10B数据编码器和解码器、实现了对SerDes时序的控制和数据奇偶校验逻辑。定义了四种类型的网络中断和与其相对应的四组中断FIFO,设计了中断数据和普通数据的数据包格式,支持组建反射内存网。反射内存卡与上位机间通过PCI总线通信,开发了Windows XP内核下的PCI设备驱动程序,为应用程序提供相关的API接口。最后编写了用于测试的应用程序,对反射内存卡进行了测试,测试结果表明该卡的功能和性能稳定,满足技术要求,可以实现不同节点间数据的实时传输。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 课题来源及研究的目的和意义  10
  1.3 国内外在该方向的研究现状  10-11
    1.3.1 国外相关技术发展  10-11
    1.3.2 国内相关技术发展  11
  1.4 主要研究内容  11
  1.5 本文结构  11-13
第2章系统设计方案  13-21
  2.1 总体功能要求和性能要求  13
  2.2 硬件设计方案  13-19
    2.2.1 PCI 接口模块  16
    2.2.2 存储模块  16-17
    2.2.3 数据转换及光纤传输模块  17-19
  2.3 软件设计方案  19-20
    2.3.1 驱动程序设计  19
    2.3.2 应用程序设计  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章硬件设计  21-49
  3.1 PCI 接口控制模块设计  21-28
    3.1.1 PCI 接口硬件电路  21-22
    3.1.2 模块整体功能介绍  22
    3.1.3 PCI 数据控制和中断控制  22-24
    3.1.4 RFM 控制和状态寄存器组  24-25
    3.1.5 全局中断和本地中断的产生  25-27
    3.1.6 INT_FIFOs  27-28
  3.2 SDRAM 控制模块设计  28-32
    3.2.1 模块整体功能介绍  28
    3.2.2 SDRAM 控制器设计  28-31
    3.2.3 SDRAM 数据写入仲裁  31-32
  3.3 FIFO 模块设计  32-38
    3.3.1 模块整体功能介绍  32-33
    3.3.2 FIFO 设计  33-34
    3.3.3 R_FIFO 数据解析  34-36
    3.3.4 T_FIFO 数据写入仲裁  36-38
  3.4 数据格式转换模块设计  38-46
    3.4.1 模块整体功能介绍  38-39
    3.4.2 SerDes 硬件设计  39-40
    3.4.3 SerDes 操作时序  40-41
    3.4.4 光收发模块  41
    3.4.5 SerDes 控制器  41-46
  3.5 数据包设计  46-47
  3.6 本章小结  47-49
第4章软件设计  49-59
  4.1 驱动程序设计  49-55
    4.1.1 WDM 驱动程序模型  50-52
    4.1.2 硬件访问  52
    4.1.3 DMA 传输  52-54
    4.1.4 API 接口  54-55
  4.2 应用程序设计  55-58
  4.3 本章小结  58-59
第5章调试与测试  59-66
  5.1 板卡调试  59-60
    5.1.1 硬件调试方法  59
    5.1.2 软件调试方法  59-60
  5.2 测试与结果分析  60-65
    5.2.1 测试两块反射内存卡之间的时间延迟  60-61
    5.2.2 测试整个系统的时间延迟  61-63
    5.2.3 测试反射内存卡的数据吞吐率  63-65
  5.3 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

基于内存反射技术的实时网络接口卡研制

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