1953 年，100Mbps 的速度运行 快速以太网时代来了，仅仅 3 年后，运行速度有 极大增强，达到 1000Mbps，以太网进入了高速网络的行列。

以太网自诞生到今天，仅仅经过几十年的发展，运行速度却呈几何式增长，从 10Mbps，到 100Mbps，再到 1000Mbps，一次次的变革无不体现互联网的飞速发展。 然而，以太网的发展不仅仅体现在速度上，其服务质量也有着巨大改变。

由于以太网帧结构非常简单，只能实现简单的端对端寻址和转发，不提供多个优 先级的数据流。所以，以太网的数据传输有很高的突发性和不确定性，难以保证数据 的实时传输。然而这一问题并未困扰我们多久，原本第三层功能有软件模块来帮助实现，随后，硬件技术发展逐步成熟，第三层功能渐渐由 ASCI 硬件模板替代。如今， 以太网交换机运用第三层交换技术，也可以完成只有原来只有高层交换设备才具有的 性能。现在以太网传输，不仅可以使重要数据获得优先级，能够优先传输，还可以完 成一对多和多对多的数据传输。

以太网卡的接口工作模式分位半双工和全双工两种。半双工模式下只能传输单一 方向的数据信号，数据在发送前需要监听信道是否空闲，如果两个方向同时传输，便 会发生冲突；而全双工传输采用的是点对点对接，两个方向可以同时传输数据，相当 于比半双工提高了 100%的效率。

以太网的在工作时，首先，监听信道是否空闲，如果有信号在传输，就继续监听， 如果没有监听到任何信号，表明信道空闲，就可以传输数据。在传输的时候要继续监 听，如果发现冲突就执行退避算法，随机等待一段时间，然后重新开始监听新到状态。 如果没有发现冲突便算发送成功，所有的计算机在准备再一次发送数据前，必须在最 近一次发送后等待一段时间。

信号从网络层传输下来，给它加上帧头帧尾让数据链路层可以识别，其实就是数 据链路层的封装。以太网的长度会因为被封装的数据包大小不同而产生区别，范围是 64～1518 字节。

1。3 FPGA 的发展和简介

1985 年，全球首款 FPGA 产品诞生，当时，注定要使用大量芯片的 PC 机刚刚走 出硅谷的实验室进入商业市场，FPGA 从诞生伊始便具有广阔前景。FPGA 的发展也 并没有令大家失望，就拿以 FPGA 为代表的数字系统现场集成技术来看，现场可编程 逻辑器件最初的可利用门仅仅只有 1200 个，到了 90 年代就已猛增至 25 万个，到了 21 世纪的现在，数百万门的单片 FPGA 芯片也已步入市场。1985 年至今，短短几十 年，1200 增至数百万，多么恐怖的发展！

FPGA 和传统 PC、单片机的开发不同，FPGA 以并行运算为主，用硬件描述语言 来实现，而传统 PC、单片机一般是采用冯诺依曼结构或哈佛结构。并且 FPGA 开发 需要从顶层设计、模块分层、逻辑实现、软硬件调试等多方面着手，这也造成了 FPGA 开发入门较难。

FPGA 采用的时逻辑单元阵列 LCA，可以分为配置逻辑模块 CLB、输入输出模 块 IOB 和内部连线三个部分组成。首先查找表连接到 D 触发器的输入端，然后触发器再来驱动其它逻辑电路，这样，基本逻辑单元模块便构成了并且不但可以实现组合 逻辑功能还可以实现时序逻辑功能值得一提的是，FPGA 允许无限次的编程，它的逻 辑是由内部静态存储单元加载编程数据来实现，并且这些存储在单元里的值决定了各 模块之间的联系方式。文献综述

可编程输入输出单元是芯片和外界电路的接口部分，其结构如图 1-1 所示

图 1-1 FPGA 芯片的内部结构

可编程输入输出单元以组为单位，每组独立支持不同的 I/O 标准。软件可自行配 置，调整驱动电流大小。