图1-1：以太网逻辑协议关系的参考模型

1。2。3以太网控制器与嵌入式系统

以太网应用广泛，而且拥有强大的用户基础，用户在使用以太网的过程中避免不了与数据传输速率的接触，而对于传输速率其关键作用的就是以太网控制器，我们常称之为“网卡”。以太网控制器的不同会干扰到用户正常的数据发送、接收。

FPGA具有很多优势之处，包括强大的处理能力和灵活的工作方式，以及无与伦比的处理速度。FPGA的广泛应用也是嵌入式产品进入我们生活的方方面面，未来的FPGA也将得到更多的优化，作用更加强大。因此，本次设计是用FPGA实现一个简单的以太网控制器（MAC），也具有一定的现实意义。

1。3 FPGA简介

1。3。1 FPGA的发展历史

1985年，全球第一款FPGA产品，即XC2064诞生，但是当时PC机才刚刚走出硅谷，进入商业市场，而且因特网也只是科学家和政府机构通信的一种方式，并没有得到广泛的使用。诞生之初的FPGA只是适合胶合逻辑（Glue Logic）的使用，但是随着科技的迅速发展，FPGA也得到全方面的进步， 它逐渐应用到算法逻辑、数字信号处理、高速串行收发器以及嵌入式处理器。FPGA的地位渐渐从配角变成主角，并且许多系统设计的核心，运用领域也在逐渐扩大。

从芯片复杂程度上来说，第一款FPGA芯片采用的是2μm工艺，其中包含64个逻辑模块和85000个晶体管，门的数量也不超过1000个。但是到了2007年，Xilinx和Altera公司推出的FPGA产品已经采用65nm工艺，其中门的数量已经到达千万级，晶体管的个数更是已经突破了10亿个。文献综述

1。3。2 FPGA的工作原理

FPGA采用的是逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array），其中包括内部连线（Interconnect）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）三个部分[3]。

相对于其他的传统的逻辑电路和门阵列，FPGA逻辑的不同点在于它是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，逻辑单元的逻辑功能以及各个模块之间或者模块与I/O接口之间的连接方式则是由存储在存储单元中的值来决定的，从而决定FPGA的最终功能，同时FPGA支持无限次数的编程。

1。3。3 FPGA的应用

目前，FPGA主要用于电路设计、产品设计以及系统级的应用三个方面。

电路设计也就是电路的逻辑连接以及控制连接，这些是早期的FPGA起到的作用比较大的领域，同时这也是FPGA发展与应用的奠基石。

FPGA逐渐成熟之后，人们就把其应用到了许多其他特定的领域，比如说通信、信息处理等等。FPGA具有的控制，接口，内嵌CPU以及功能IP等特点，所以利用它所设计出的产品也具有构造简单，功能全面以及固化程度高等特点。

现在，FPGA系统级的应用也在快速发展，它是FPGA技术与传统的计算机技术的结合。

1。4 现阶段相关领域的研究成果以及不足之处来自~优尔、论文|网www.youerw.com +QQ752018766-

1。5 本课题主要研究内容

在本次设计中，作者将与两个小组成员进行合作，共同完成一个以太网控制器，分别负责以太网（MAC）控制器的数据发送模块，控制模块和数据接收模块。设计的最后，希望能与其他的小组成员设计的模块进行拼接，完成整个以太网控制器的设计，并且能做出一个人机交互界面，方便对以太网控制器的使用和理解。

第一章就是简要介绍以太网、以太网控制器以及FPGA，便于对设计的理解，并且对目前存在的问题加以阐述。

第二章是设计的总体架构概述，描述以太网MAC控制器的结构框架以及本次设计以太网控制器的架构。