基于SOPC技术报文解析系统设计与实现-通信与信息系统专业论文.docxVIP

PACKET PARSING SYSTEM DESIGN AND IMPLEMENTATION BASED ON SOPC A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Communication and Information System Author: Gen Fu Advisor: Prof. Shuisheng Lin School: Communication Information Engineering 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 快速发展的网络技术和不断增长的网络带宽在给人们带来极大便利的同时， 也给网络设备带来了巨大的压力，能否安全快速的实现报文处理已成为影响网络 发展的一个重要因素。传统的基于软件的报文处理方式速率低且占用处理器资源， 使得基于硬件的处理方式越来越受关注。报文解析作为网络设备进行报文处理的 核心技术具有重要的研究意义，同时考虑网络坏境的复杂性，网络协议的多样性， 如何真实有效的对报文解析结构进行功能验证也成为了一个难点和研究点。 本文首先研究了面向高速网络的两种报文处理技术：报文分类和报文解析。 分析了 3 种适用于硬件实现的快速分类算法，其中基于三态内容寻址存储器 （Ternary Content Addressable Memory，TCAM）的分类算法速率最快。分析了报 文解析的原理，研究了两种硬件解析结构的设计原理，通过总结其中的优点和不 足，设计了一种新的报文解析结构，该结构采用 TCAM 和流水线的设计，具备高 速和灵活性的特点。 为了对报文解析结构进行真实可靠的功能验证，同时反映基于硬件的解析结 构的工作流程，本文设计了报文解析系统，该系统能和以太网通信，能将解析结 果直观的显示在 PC 机上。首先分析了系统的需求，并依据需求提出了系统的设计 方案，包括采用三速以太网 IP 核和 88E1111 物理层芯片搭建 SOPC 系统实现以太 网通信和采用串口通信将解析结果传输给 PC 机。然后依据报文解析系统的总体结 构，采用自顶向下的设计方法，分别对各个子模块进行了设计和实现。 在系统的设计完成之后，对系统进行了测试。本文采用 DE4 开发板，芯片型 号为 EP4SGX230KF40C2，搭建了报文解析系统的测试平台，采用 xcap 软件作为 系统的激励源，并依据系统需求给出了测试方案。测试结果表明，系统能够正常 的进行报文的发送和接收，能够正确的解析激励源发送的报文，能够将解析结果 传输给上位机显示。系统在工作过程中，没有出现解析出错或者漏包的情况，能 够对报文解析模块进行真实可靠的验证，兼顾了展示效果和部署的简易型，资源 消耗为 36%，满足了系统的需求。 关键词：高速网络，报文解析，可编程片上系统，现场可编程门阵列 ABSTRACT The rapid development of network technology and the increasing network bandwidth bring great convenience to people, but also bring enormous pressure to network devices. Packet processing technology has become a key factor which restricts the development of network. Traditional software processing occupies processor resources and has low r