FPGA实现的以太网MAC子层协议硬件设计

本文主要探讨了基于FPGA（现场可编程门阵列）的以太网MAC子层协议的硬件设计实现。作者徐洪波和俞承芳，来自复旦大学电子工程系，针对嵌入式系统与互联网的融合趋势，强调了在嵌入式互联网时代，特别是小型嵌入式系统中实现网络连接的重要性。他们提出了两种方法来实现单片机系统接入互联网：一是通过NIC（网络控制/网卡），由单片机提供网络协议；二是利用具有完整协议栈结构的芯片，如SeikoInstrument公司的S7600A，单片机仅负责数据交互。 FPGA作为一种高性能的可编程器件，因其密度高、速度、低功耗以及灵活的设计特性，在嵌入式系统设计中展现出巨大的潜力。本文的重点在于如何利用FPGA来构建网络协议栈，特别是针对以太网MAC子层协议。MAC子层是网络通信的关键部分，它负责在数据链路层进行帧的封装、发送和接收，其帧结构如表1所示，包括前导码（Preamble）、定界符（Start FrameDelimiter，SFD）等字段，这些都需要精确的硬件设计来执行。 硬件结构方面，文章提出设计包括控制模块、发送模块和接收模块这三个核心组件。控制模块作为大脑，协调整个过程，而发送和接收模块则是根据状态机的控制进行数据包的打包和解包操作。通过这种方式，FPGA能够高效地处理以太网数据传输，提升系统的可靠性和性能。 本文的创新之处在于将FPGA技术应用于以太网MAC子层协议的硬件实现，这不仅有助于缩小嵌入式设备的尺寸，提高集成度，还能降低设计成本和风险。这篇文章对于那些寻求在嵌入式系统中利用FPGA技术实现网络通信的工程师和技术人员来说，具有很高的参考价值。