以太网mac协议提供的是.docx

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以太网mac协议提供的是

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以太网,mac协议提供的是

　　篇一：

以太网

　　基于alteraFpga的千兆以太网实现方案

　　在系统设备不断向小型化、集成化、网络化发展的今天，嵌入式开发成为新技术发展的最前沿，改变着系统的整体结构。

Fpga由于其自身特点，成为嵌入式开发的最佳平台。

altera公司结合其最新一代高端器件推出了全新的嵌入式开发系统，能够实现软核niosii32位处理器为核心的嵌入式开发系统。

　　在cvcloneii中，a1tera集成了完整的千兆以太网硬核，硬核包括mac模块以及可选择的物理层pcs模块和pma模块，其中mac模块支持l0／100／1000mb/s。

altera的sopcbuilder工具提供快速搭建sopc系统的能力，这种架构可以包含一个或多个cpu，提供存储器接口，外围设备和系统互连逻辑的复杂系统。

　　2千兆以太网技术简介

　　以太网技术是当今应用广泛的网络技术，千兆以太网技术继承了以往以太网技术的许多优点，同时又具有诸多新特性，例如传输介质包括光纤和铜缆，使用8b/10b的编解码方案，采用载波扩展和分组突发技术等。

正是因为具有良好的继承性和许多优秀的新特性，千兆以太网已经成为目前局域网的主流解决方案。

　　千兆以太网利用原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括csma／cd协议、以太网帧、全双工、流量控制以及ieee802．3标准中所定义的管理对象。

千兆以太网的关键技术是千兆以太网的mac层和以太网接口的实现。

随着多媒体应用的普及，干兆以太网必然得到广泛应用。

　　3altera的千兆以太网解决方案

　　3．1ip核的支持

　　altera提供了可参数化的千兆以太网megacore解决方案。

该方案可在altera的arriagx，cycloneii，cycloneiii系列Fpga上工作，可配置使其包含mac，pcs，pma模块中的一种或多种，配置选择及相应的接口标准。

　　千兆以太网ip核的功能描述如下：

（1）支持ieee802.3标准。

（2）10/100/1000mb，s以太网媒体访问控制支持半双工和全双工工作模式。

　　（3）多通道mac，支持最多24端口。

　　（4）以太网物理层编码子层1000base一x／sgmii标准的自协商。

　　（5）接口使用方便。

　　对于千兆以太网控制器的实现，采用表第l行的配置。

吉比特级以太网媒体控制器核（gemac）是针对1gb／s以太网媒体访问控制器功能的可参数化的megacore解决方案。

　　3．2基于Fpga的千兆以太网mac控制器实现方案

　　3．2．1整体设计方案

　　以太网控制器的Fpga设计工作包括以太网mac子层的Fpga设计，mac子层与上层协议的接口设计以及mac与物理层（phy）的gmii接口设计。

该以太网控制器的总体结构设计框图如图1所示，整个系统分为mac模块，主机接口模块和管理数据输入输出模块。

其中，mac模块主要执行在全双工模式下的流量控制，mac帧实现发送和接收功能，其主要操作有mac帧的封装与解包以及错误检测，直接提供了到外部物理层器件的并行数据接口，物理层处理直接利用商用千兆phy器件，主要开发集中在mac控制器的研究。

　　管理数据输入输出模块提供了标准的ieee802.3介质独立接口，可用于连接以太网的链路层和物理层。

主机接口则提供以太网控制器与上层协议（如tcp／ip协议）之间的接口，用于数据的发送、接收以及对控制器内各种寄存器的设置。

　　3．2．2接口描述

　　整个系统模块间的接口连接如图2所示。

其中，pcs和pma分别代表物理层的物理编码子层和物理介质接入层。

（1）通过mii／gmii接口提供了与以太网物理层（phy）设备的无缝连接。

（2）吉比特模式下支持Rgmii接口。

　　（3）可选择的管理数据输入/输出模块为以太网phy提供管理信息。

　　（4）为用户提供基于aalon—st的8bit／32bit接口。

　　（5）可选择的集成物理介质介入模块。

　　3．2．3千兆以太网ip核

　　altera提供三态以太网mac控制器ip核，可实现单条或多条吉比特以太网链路，通过交换机或路由器可与任意以太网端口相连。

其配置界面如图3所示。

　　基于Fpga的以太网mac子层协议设计实现

　　作者：

徐洪波俞承芳时间：

20xx-11-29来源:

电子设计信息网-

　　摘要:

本文介绍了基于现场可编程门阵列（Fpga）的以太网mac子层协议的硬件实现方法.硬件结构上由控制模块、发送模块和接收模块3个部分组成,发送模块和接收模块采用状态机控制数据发送和接收的过程,完成数据的封装、发送和接收功能.

　　关键词:

嵌入式系统;以太网mac;现场可编程门阵列;硬件描述语言

　　传统以pc为中心的互联网应用现已开始转向以嵌入式设备为中心.ia（internetappliance）概念现在甚为流行,这表明互联网应用进入了嵌入式互联网的时代已经来临.据网络专家预测,将来在互联网上传输的信息中,有70%来自小型嵌入式系统.因此,对嵌入式系统接入internet网络的研究是有必要的.

　　目前有两种方法可以实现单片机系统接入internet.一种方法是利用nic（网络控制/网卡）实现网络接口,由单片机来提供所需的网络协议.另外一种方法是利用具有网络协议栈结构的芯片和phy（物理层的接收器）来实现网络接口,主控制器只负责往协议栈结构芯片的某个寄存器里放上适当的数据.美国seikoinstrument公司生产的s7600a就是具有这种结构的芯片.与此同时,用Fpga实现单片机系统接入internet的方法也日益受到人们的重视.

　　Fpga是现场可编程门阵列的缩写,是近年来发展迅速的大规模可编程器件,具有密度高,速度快,功耗小、使用方便等特点,在嵌入式系统设计中得到了广泛的应用.以mcu为核心,采用Fpga设计实现外围电路,不仅可以使设计的电子产品小型化、集成化和实现高可靠性,还大大缩短了设计周期,减少了设计费用,降低了设计风险.本文提出采用Fpga实现网络协议栈,着重介绍以太网mac子层协议的硬件实现方法.

　　1以太网mac子层协议

　　ieee802协议标准系列中,数据链路层包括逻辑链路控制（llc）子层和媒体访问控制（mac）子层.其中mac位于llc和物理层之间,它使llc适应于不同的媒体访问技术和物理媒体.mac单独作为一个子层,就不会因为媒体访问方法的改变而影响较高层次的协议.mac由数据拆装和媒体访问管理两个模块组成,完成数据帧的封装、解封、发送和接收功能.以太网数据帧封装格式如表1所示,其中目的地址、源地址、长度/类型和数据4个字段由上一层协议模块生成.传送数据帧时,数据封装模块自动在待传输数据前面添加7个字节的前导码和1个字节的定界符,并在数据传送结束时加发4个字节的循环冗余校验码,如果数据长度小于46字节,则会自动进行数据填充以达到要求的最短长度.接收数据帧时,数据拆装模块将自动丢弃前导码和定界符2个字段.

　　媒体访问管理模块主要实现csma/cd（carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection）协议.csma/cd是一种分布式介质访问控制协议,使网中的多个站（节点）可以共享传输介质.发送数据帧时,节点首先进行载波监听,当介质空闲时开始发送帧.如果在传输过程中与其他节点产生冲突,则正在传输的每个节点必须　　

发出32比特大小的阻塞信号来加强冲突,以便通知总线上各个站点已发生冲突,然后随机延时一段时间重新争用介质,再重新传送数据帧.

　　2mac子层协议的Fpga实现

　　以太网mac子层协议的硬件结构框图如图1所示,由控制模块、发送模块和接收模块3个部分组成.由于小型嵌入式系统主要应用在集散控制系统中,信息交流多为“一问一答”式的半双工通信模式,同时为了降低硬件资源的开销,本模块仅支持半双工通信模式.

　　图1硬件结构框图

　　2.1控制模块

　　该模块包含主机接口、寄存器、发送数据缓冲区及接收数据缓冲区4个部分.主机接口部分用以实现与mcu之间的数据交换,采用8位外部数据总线.寄存器主要用于功能参数的设置及状态信息的存贮.发送数据缓冲区是主机与发送模块之间的数据传输通道,接收数据缓冲区则是主机与接收模块之间的数据传输通道.

　　控制模块的工作时钟有两种选择方式,一种是直接由外部提供,另一种是外部时钟通过Fpga片内的延迟锁相环进行倍频后供内部使用,用户可以根据系统设计实际需要自由选择.

　　数据缓冲区（发送数据缓冲区和接收数据缓冲区）用作发送与接收数据的缓冲,以使主机的传输速度与本模块相匹配.发送数据时,主机先将待发送的数据帧写入发送数据缓冲区,然后由发送模块将数据读出.传统意义上的数据缓冲区由一块内部或外部Ram来实现,但这样需要设计实现一个复杂的控制状态机来管理主机、发送模块和接收模块3个部分对Ram的读写.spartanⅡ系列的Fpga内部提供了丰富的块Ram资源,可以配置双端口Ram.因此本文将发送缓冲区分成两个独立的部分,这样每个数据缓冲区便可以由双端口的Ram来实现,大大简化了设计,节省了硬件资源.

　　2.2发送模块

　　该模块主要实现csma/cd协议,完成数据帧的传送,即以字节为单位从发送缓冲区读取数据,并将其转换成4比特的半位元传送给以太网的物理层phy芯片,结构框图如图2所示.重发计数器用以存贮当前帧成功传输时的发送次数.帧间隙计数器用以保证相邻两个帧之间保持一定的传输时间间隔.冲突窗计数器用以判断当前所发生的冲突是否为后冲突（latecollision）.延时计数器用以存贮启动传输后等待总线空闲的时间,当超过一定时间后将放弃当前帧的传输.这4个功能子模块都由1个计数器和1个比较器来实现.退避计数器模块用以实现二进制指数退避算法,包括一个伪随机数生成器.cRc生成电路用以实现数据帧的校验码序列,采用4位数据线并行方式实现.

　　图2发送模块结构框图

　　篇二：

以太网协议封装格式

　　字号：

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　　一、以太网链路层协议封装格式

　　以太网数据在网络介质上传输需要遵循一定的机制，其中csma/cd介质访问控制机制约定了以太网在传输数据时，两帧之间需要等待一个帧间隙时间

　　（iFg或ipg），为以太网接口提供了帧接收之间的恢复时间，该恢复时间最小值为传输96bit所花费的时间，对于10m线路，该时间为9.6us，100m线路为960ns，1g的线路为96ns。

同时以太网数据帧在传输时还需要有7byte的前导字段和1byte的定界符。

因此以太网数据在传输过程中是由以下部分组成的：

7byte（前导）＋1byte（定界符）＋以太网数据帧＋12byte（ipg）。

　　在全双工工作模式下，如果csma/cd介质访问控制机制发现传输冲突时，则会放弃当前帧发送，改为发送一个48比特的噪声帧。

　　其中以太网数据帧限制为最小长度为64byte，最大长度为1518byte，其格式为：

6byte（目的mac地址）＋6byte（源mac地址）＋2byte（类型字段）＋数据字段＋4byte（Fcs校验字段）。

其中帧类型字段标识其后的数据类型。

　　这里值得注意的是区分ethernetii帧格式和802.3帧格式的不同，我们有时可能会混用了这两个术语。

　　ethernetii帧是最常见的一种以太网帧格式，也是今天以太网的事实标准，由dec，intel和xerox在1982年公布标准，ethernetii可以支持tcp/ip，novellipx/spx，appletalkphasei等协议，其比较常见的类型字段为：

0x0800（ip帧），0x0806（aRp请求/应答帧），0x8035（paRp请求/应答帧），0x8137（novellipx），0x809b（appletalk）。

RFc894定义了ip报文在ethernetii上的封装格式。

　　802.3帧将ethernetii帧头中的类型字段替换为帧长度字段（取值范围为0x0000-0x05dc，不包括cRc检验码），因此对于接收到的帧，如果类型字段取值范围为0x0000－0x05dc，则可以判断其为802.3帧，而非ethernetii帧。

其中Raw802.3是1983年novell发布netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式，只支持ipx/spx一种协议；802.3/802.2llc是ieee公布的正式802.3标准，它加入了3byte的llc字段，其中sap值用以标志上层应用，每个sap字段为8bits，其中只有6bit用于标识上层协议，因此所能标识的协议数不超过32种，导致802.3/802.2llc的使用有很大局限性；802.3/802.2snap是ieee为保证在802.2llc上支持更多的上层协议同时更好的支持ip协议而发布的标准，在802.3/802.2llc基础上添加了5byte的snap字段，从而使其可以标识更多的上层协议类型，oui字段用于代表不同的组织（一般置为0），在

　　802.3/802.2snap基础上RFc1042定义了ip报文在802.2网络中的封装方法和aRp协议在802.2sanp中的实现。

　　目前实际环境中大多数tcp/ip设备都使用ethernetii格式的帧，它采用了RFc894的实现标准。

从上述帧格式中可以看出，ethernetii格式帧数据段的长度限制在46byte－1500byte之间，当数据段长度小于46个字节时，加填充字段（pad）补足。

ethernetii和802.3对数据帧的长度限制，其最大值分别是1500和1492字节，这一特性称作最大传输单元（mtu）。

　　图ieee802.2/802.3（RFc1042）和ethernetii（RFc894）的封装格式在tcp/ip协议族中，链路层主要有三个目的：

（1）为ip模块发送和接收ip数据报；

（2）为aRp模块发送aRp请求和接收aRp应答；（3）为RaRp发送RaRp请求和接收RaRp应答。

　　二、以太网ip层协议封装格式

　　在tcp/ip协议族中基于链路层以上的协议主要有三种：

ip协议、aRp协议和RaRp协议，其中在ip数据报中又额外封装了icmp协议和igmp协议。

ip层

　　篇三：

以太网数据帧的构成

　　计算机与通信工程学院实验报告