Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10923/3147
Type: masterThesis
Title: Núcleo IP de uma bridge ethernet baseado em lógica reconfigurável e processador SoftCore
Author(s): Duarte, Fabio Sidiomar Zamperetti
Advisor: Vargas, Fabian Luis
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Graduate Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Issue Date: 2007
Keywords: ENGENHARIA ELÉTRICA
TELECOMUNICAÇÕES
CIRCUITOS INTEGRADOS
REDES DE COMPUTADORES
ETHERNET
FPGA
Abstract: The constant increase of density in today´s programmable logic devices (FPGA’s), together with the lowering of prices of these integrated circuits, has been making possible the implementation of complex systems which, some time ago, would require dedicated integrated circuits. In designs where an FPGA is already in use, it is even easier to justify the integration of new functionalities to the programmable logic project, as the costs involving the software and hardware development tools have already been used. This work implements an Ethernet bridge using a system composed by softprocessor, where the functions related to the packet classification and forwarding are executed in software, what makes the system far more versatile and friendly to implementation changes in the future, as well as easy maintenance. Besides the softprocessor, implemented in VHDL there are the media access controller (MAC) and an HDLC controller, which is used as the connection point between the local and remote bridges. The prototyping of the system, to evaluate the performance, has been done using the software tools and development boards from Xilinx, since they were easily accessible and offer the MicroBlaze softprocessor IP core, a 32 bit RICS processor with harvard architecture. The performance analysis of the system, done with use of software tools like Iperf and hardware tools like SmartBits, has shown that the bridge was fast enough to handle small packets at a rate over 1Mbps. For larger packets, the performance was close to the 2Mbps, which represent the maximum typical rate where this bridge will be inserted in the real applications. Due to its extremely versatile nature, having been implemented using programmable logic and software functions, the system can handle the inclusion of new features in future activities, such as packet filtering, virtual LAN’s and the Spanning Tree Protocol. Besides these new software functionalities, new hardware modules can also be inserted, be it either to implement new features, such as the increase in the number of WAN interfaces, or to simply optimize existing logic blocks.
O constante aumento na densidade dos dispositivos de lógica programável (FPGA’s), aliado à diminuição dos preços destes circuito integrados, tem viabilizado a implementação de sistemas complexos, que antes necessariamente implicavam no uso de circuitos integrados dedicados. Em projetos onde um FPGA já é utilizado, justifica-se ainda mais facilmente a integração de novas funcionalidades ao projeto de lógica programável, uma vez que os custos envolvendo as ferramentas de desenvolvimento, tanto de hardware quanto de software, já foram contabilizados. Este trabalho implementa uma bridge ethernet através de um sistema composto por um softprocessor, onde as funções relativas à classificação e encaminhamento dos pacotes são realizadas em software, o que torna o sistema mais acessível à mudanças na implementação e de fácil manutenção. Além do softprocessor, implementados em VHDL ainda temos um controlador de acesso ao meio físico ethernet (MAC) e um controlador HDLC o qual é utilizado como ponto de ligação entre as bridge local e a bridge remota. A prototipagem do sistema, para avaliação e análise de desempenho, é feita com o uso das ferramentas de software e placas de desenvolvimento de hardware da Xilinx, por serem de fácil acesso e que oferecem o núcleo de softprocessor MicroBlaze, um microprocessador RISC de 32 bits com arquitetura harvard. A análise de desempenho do sistema, realizada com o auxílio de ferramentas de software (Iperf) e hardware (SmartBits), mostrou que a bridge consegue atingir taxas acima de 1Mbps com pacotes pequenos (64 bytes), típicos das aplicações VoIP. Para pacotes maiores, o desempenho se aproximou dos 2 Mbps, que representam a taxa típica máxima onde este dispositivo será usado na prática. Devido à sua natureza extremamente maleável, em vista da utilização de lógica programável e de funções de software, o sistema permite a inclusão de novas facilidades em atividades futuras, tais como a filtragem de pacotes, redes locais virtuais (VLAN’s) e o protocolo Spanning Tree. Além de novas funcionalidades de software, novos módulos do hardware sintetizável também podem ser incorporados, sejam para desempenhar novas funções, tais como o aumento das interfaces WAN, como para otimizar módulos já existentes.
URI: http://hdl.handle.net/10923/3147
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