基于NetFPGA的网络数据流量采集器

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基于FPGA的数据采集系统设计-精品

目录1 绪论 (1)1.1 设计的背景及意义 (1)1.2 国内外的研究现状 (2)1.3 设计的内容与论文结构 (3)1.3.1 设计的内容 (3)1.3.2 论文结构 (3)2 系统框架设计 (4)2.1 设计方案 (4)2.1.1 计算机端软件选择 (4)2.1.2 系统开发软件选择 (5)2.2 系统硬件结构 (6)2.3 系统软件结构 (7)3 系统的硬件设计 (7)3.1 数据采集电路 (7)3.1.1 Cyclone II 系列芯片 (7)3.1.2 输入电路 (8)3.1.3 ADS7822 (9)3.1.2 多路模拟开关CD4051 (12)3.2 显示电路 (14)3.2.1 74LS138 (14)3.2.2 74HC245 (15)3.2.3 七段数码管 (16)3.2.4 显示电路 (17)3.3 串行口通信电路 (18)3.3.1 MAX3232概述 (18)3.3.2 RS-232发送器 (19)3.3.3 电容选择 (19)3.3.4 电源去耦 (19)4 系统软件设计 (20)4.1 程序流程图 (20)4.1.1 时钟分频程序流程图 (20)4.1.2 A/D转换程序流程图 (21)4.2 程序模块 (22)4.2.1 时钟产生模块 (22)4.2.2 A/D子程序模块 (24)4.2.3 通信子程序模块 (26)4.2.4 显示程序 (27)5 系统测试 (29)5.1 数据采集系统调试 (29)5.2 显示系统调试 (30)5.3 通信系统调试 (30)5.4 数据采集系统整体测试 (31)6 结论与展望 (33)谢辞 (34)参考文献 (35)附录1 (36)附录2 (42)摘要数据采集是信号与信息系统一个重要的组成部分，也是数字信号处理的关键环节。

本论文主要介绍一种基于FPGA的数据采集系统，提出一种由串行A/D转换芯片ADS7822、低成本FPGA(Cyclone II)和RS232总线接口组成的数据采集系统方案，系统利用A/D器件对外界输入模拟电压信号模数转换。

毕业设计(论文)-基于fpga的数据采集器[管理资料]

引言数据采集是获取信息的基本手段。

数据采集技术作为信息科学的一个重要分支，是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用型技术。

数据采集作为现代测控技术的基础，己经广泛应用于工业生产、科学研究的诸多领域。

在工业生产中，应用数据采集系统可以得到工业现场的温度、湿度、电压、电流等技术参数，所得结果可以反馈给用户和控制系统，为提高产品质量、降低成本提供信息；在科学研究方面，数据采集可以提供大量的现场信息，成为探索科学奥秘的重要手段[1]。

如何对信号进行实时采集、实时存储，保证信号不丢失，以满足工业现场的需要，一直是数据采集系统研究的一个重要方向。

国外方面[2][3][4]，随着国外微电子技术、计数机技术、测控技术和数字通信技术的发展，目前国外数据采集技术已经较初期有了很大的发展。

从近来国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展可以概括为功能多样，体积减小和使用方便等三个方面。

国外在研制和使用数据采集系统方面发展迅速，基于MedWin技术的数据采集器也发展较深，在体积和性能具有很大优势得采集器多以FPGA为平台，但价格相对来说就不具有竞争力。

成本较低的数据采集系统多以单片机为主芯片，但是在性能和速度方面就不具有优势。

目前国外的数据采集方面的研究主要着重于传感器，高精度、高速度的传感器层出不穷而且在价格上有了很大进步。

比如美国尼高力仪器技术公司08年生产的2700型数据采集器，完美地将数据记录仪、程控开关与数字表的优势集于一身，是一款高精度、多功能、使用方便的多路数据采集器。

同年惠普公司生产的HP34970A 型数据采集器具有6／12位分辨率，0．004％基本直流精确度和高达250通道／秒的扫描率，非易失性存储器可保存多达50000个带有时间标记的读书，可测包括直流电压、交流电压等等数据。

虽然这些数据采集器的功能无比强大，但是成本都较昂贵。

国内方面[5][6][7]，国内数据采集器与目前国外数据采集器相比，在技术上仍然存在着一定的差距，主要表现在：①由于受国内振动等传感器水平的限制，分析频率范围不宽，在工业方面给一些低速的机器或轴承的诊断等带来了一定的困难；②由于数据采集器的内存不大，数据采集器本身的信号处理功能不强，在现场只能做一些简单诊断，精密诊断需要离线到计算机上去做，现场精密诊断功能较弱；○3设备的软件水平，仍在设备维修管理和基本频谱分析上徘徊，机器故障诊断专家系统还需完善，软件人机界面有待改进④设备的性能与成本的协调还缺乏一定的优势。

基于FPGA的高速数据采集器

基于FPGA的高速数据采集器摘要:介绍了一种基于FPGA的高速数据采集器,给出了系统方案设计,并对系统各部分电路设计进行了详细介绍。

对高速数据采集系统中串并转换功能的实现方法进行了详细阐述。

该高速数据采集器由于采用了FPGA+DSP平台设计,使得该系统具有较强的通用性和应用价值。

关键词:高速数据采集FPGA 带通采样串并转换随着数字信号处理技术的迅猛发展,数字设备逐渐取代模拟设备。

而数据采集技术作为现代检测技术的基础,越来越多地被应用于雷达、通信、遥感、智能仪器等各个领域。

随着数据采集技术的广泛应用,人们对其技术指标的要求也越来越高,包括采样速率、分辨率、存储量和实时性等技术指标。

数据采集系统发展的趋势是往高速高分辨率方向发展,但是受到器件和工艺的限制,特别是采样速率和分辨率这一矛盾指标的限制,实现高速高分辨率的采样系统依然具有一定的难度。

目前国外高速采集器的采样速率可以达到几十GSPS,但国内尚不具备该类型的高速采集器。

本文设计了一种基于FPGA的高速数据采集器,由于采用了AT84AS003作为采样芯片,因此该高速数据采集器可实现1GSPS的采样速率,同时其分辨率可达到10bit。

该高速数据采集器的数据存储、处理均可以在FPGA内部实现,具有设计方便、灵活的特点。

1 高速数据采集理论及技术高速数据采集系统的理论基础是低通采样定理和带通采样定理。

1.1 低通采样定理低通采样定理即Nyquist第一采样定理,假设有一模拟信号x(t),其带宽限制在(0,fm),以采样频率fs进行等间隔采样,当fs≥2fm时,该模拟信号可由采样值无失真恢复。

当fm较大时,往往对采样速率fs要求较高,即需要A/D转换器采样速率较高,这样对器件提出了较高要求。

1.2 带通采样定理假设一个频率带限信号,频率范围(),如果,如果按照低通采样定理,则要求采样速率较高,至少,这不仅对A/D转换器采样速率较高,同时对后续信号的实时处理要求过高,不便于实现。

基于FPGA的千兆网络数据采集系统设计与实现

基于FPGA的千兆网络数据采集系统设计与实现朱晴;吴宁;顾薛平【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2011(030)021【摘要】This paper introduces the design and realization of the system about network data acquisition. The paper takes the Ahera StratixGX FPGA with Marvell 88El111 as the platform to complete the network packet acquisition system. The design presents an approach for implementing the completed seamless connection between FPGA and Gigabit Ethernet using SoPC technology. And the gigabit Ethernet IP provided by Altera.%介绍了网络流量管理中的网络数据采集系统的设计与实现。

以Altera Stratix GX系列FPGA为平台，结合Marvell 88E1111网络芯片，完成了网络数据采集系统。

本设计采用SoPC技术．利用Altera提供的千兆以太网IP核，完成FPGA系统无缝连接千兆以太网，实现网络数据包采集。

【总页数】4页(P53-55,59)【作者】朱晴;吴宁;顾薛平【作者单位】南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TP335【相关文献】1.基于千兆网的FPGA多通道数据采集系统设计 [J], 史鹏腾2.基于FPGA的千兆网络数据采集系统设计与实现 [J], 邹立仁;田立波3.基于FPGA的千兆网络数据采集系统设计与实现 [J], 邹立仁;田立波4.基于FPGA的千兆以太网交换机的设计与实现 [J], 马嘉莉;吴斌5.一种基于SoPC型FPGA的千兆AFDX交换机设计与实现 [J], 何向栋;陈长胜;白杨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于FPGA的高速数据采集系统设计

基于FPGA的高速数据采集系统设计随着科技的不断进步，数据采集和处理的速度需求也越来越高。

为了满足这种需求，基于FPGA的高速数据采集系统应运而生。

本文将对其进行阐述，包括其原理、结构、应用和未来发展方向。

一、系统原理FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，通过程序设计可以实现不同的逻辑和功能。

基于FPGA的数据采集系统，即是将FPGA作为处理核心，利用其高速的数据处理能力和可编程性，进行数据采集和处理。

这种系统的原理是将信号输入到FPGA中，通过FPGA的逻辑电路分析、处理、交换和传输等一系列操作，将数据利用高速通信接口传输到处理单元，最终实现高速数据采集和处理的功能。

二、系统结构基于FPGA的高速数据采集系统一般由两部分组成：数据采集模块和数据处理模块。

1. 数据采集模块数据采集模块主要由采样模块、数字信号处理模块、时钟模块和控制模块等组成。

其中，采样模块是整个数据采集模块中最为重要的部分，其主要功能是对模拟信号进行采样、变换为数字信号并存储到缓存中。

数字信号处理模块则对采样得到的信号进行滤波、放大等处理操作，使其符合后续处理的要求。

时钟模块负责对采集数据进行时钟同步，确保数据的完整性和准确性。

控制模块负责控制整个系统的运作和协调各模块的工作，保证系统运行的顺畅和稳定。

2. 数据处理模块数据处理模块主要由处理核心、存储模块和通信模块组成。

其中，处理核心是整个数据处理模块中最为重要的部分，其主要通过FPGA中的逻辑电路对采样数据进行处理、分析和计算等操作，使其符合需求并输出结果。

存储模块是处理模块中用于存储数据的部分，如FPGA中集成的RAM、Flash等存储器件。

通信模块则主要实现数据的传输和交换，包括高速串口、以太网接口、USB接口等。

三、应用领域基于FPGA的高速数据采集系统广泛应用于科学研究、医疗领域、通信技术、工业控制等各个领域。

1. 科学研究：FPGA作为高速数据采集系统的处理核心，在科学研究中起到了重要作用。

基于改进的NetFPGA的网络流量控制系统研究

务的用户体验。传统的网络服务将控制层和数据层混合在一
起，缺少与上层应用的有效通信。通常的情况是，硬件在在接收到数据包以后。按照芯片上的固定策略（如路由器中的路由表和防火墙中的过滤器）对数据包进行转发，而对创建该数据包的应用需求一无所知。此外。上层的应用对下层的
址。当一个数据包从输入仲裁器（ＩｎｐｕｔＡｒｂｉｔｅｒ）传输到输出
１．３基于优先权的数据包处理模块实现
ＮｅｔＦＰＧＡ平台实现。此外，通过对ＮＯＸ控制器进行修改。使之与数据包处理模块相结合来完成数据包的排队以及输出流速率的控制。ＮＯＸ控制器的结构如图３所示。用户通过ＮＯＸ的图形用户接１３对ＮＯＸ内核进行控制，当ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机接收到流量时，可以实时地展示数据流的条目信息；此外，还可以通过以下优先级和速率约束两种方式动态地控制数据流条目信息。在ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议中，通过数据包的优先权实现排队过
１．２报头解析器报头解析器（ＨｅａｄｅｒＰａｒｓｅｒ）用户解析数据包的目的地
作者简介：任小刚（１９８１一），男，工程师，研究方向：医学
信息学、计算机网络。
收稿日期：２０１４ — ０９ — １３
将剩余的８位掩码用于指定数据包的优先权，同时对数
或者主机的ＰＣＩ端口（ＣＰＵＴｘＱ）发来的数据包，将这些数据

基于FPGA的数据采集系统电路设计

基于FPGA的数据采集系统电路设计数据采集系统是指将各种实际物理量（如温度、湿度、压力等）进行采集、转换和存储，并通过通信方式传输给计算机或其他设备进行处理和分析的系统。

其中，FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的逻辑器件，能够自定义电路架构来实现各种功能。

在基于FPGA的数据采集系统电路设计中，我们需要考虑以下几个方面：输入电路、数据转换电路、存储电路、通信电路以及控制电路。

下面将对每个方面进行详细介绍。

首先是输入电路。

输入电路用于将外部的物理量转换为电信号，一般采用传感器来实现。

不同的传感器具有不同的特性和信号输出方式，因此需要针对具体的传感器进行电路设计。

例如，温度传感器的电路设计可以包括电压放大器、温度传感元件和滤波电路等。

接下来是数据转换电路。

数据转换电路将输入的模拟信号转换为数字信号，并使用FPGA中的模数转换器（ADC）进行采样。

ADC的选型和电路设计需要根据采样速率、精度和信号波形等要求进行优化。

一般可以采用Σ-Δ模数转换器或者逐次逼近型模数转换器。

然后是存储电路。

存储电路用于将采集到的数据进行临时存储，以便后续的处理和分析。

FPGA内部存储器可以用于存储少量的数据，但对于大量的数据存储，一般需要外部的存储器。

常见的外部存储器包括闪存、SD卡和硬盘等。

接下来是通信电路。

通信电路用于将采集到的数据传输到计算机或其他设备进行进一步处理和分析。

常用的通信方式包括串口通信、以太网通信和无线通信等。

在电路设计中，需要根据具体的通信方式选择合适的芯片和协议。

最后是控制电路。

控制电路用于控制整个数据采集系统的工作流程，包括采样频率、存储方式和通信方式等。

在FPGA中可以使用状态机来实现控制逻辑，也可以使用外部的控制器（如微处理器或微控制器）。

总的来说，基于FPGA的数据采集系统电路设计需要综合考虑输入电路、数据转换电路、存储电路、通信电路和控制电路等方面的要求。

基于FPGA网络流量模拟系统的研究与实现的开题报告

基于FPGA网络流量模拟系统的研究与实现的开题报告一、研究背景与意义随着互联网的不断发展和普及，网络安全问题变得越来越严重。

网络攻击已经成为了一个全球性的问题，对于企业和个人来说，网络安全已经成为了必须关注和解决的问题。

网络流量模拟是一种常见的网络安全方法，通过模拟网络流量，可以有效地测试网络的安全性和性能。

FPGA是一种可编程逻辑器件，具有高速处理和低功耗的特点，被广泛应用于高性能计算和通信领域。

本项目旨在基于FPGA开发一个网络流量模拟系统，提供一种快速、准确的网络安全测试方法，为网络安全研究和实践提供一种有效的工具。

二、研究内容和方法本项目的研究内容包括以下几个方面：1. FPGA的原理和应用，学习相关的开发工具和编程语言。

2. 研究网络流量模拟的相关技术和算法，包括模拟器的设计和实现。

3. 设计并实现基于FPGA的网络流量模拟系统，包括硬件和软件部分。

4. 对系统进行测试和评估，验证系统的可行性和实用性。

研究方法包括理论研究、仿真实验和实际测试。

利用FPGA的可编程性，可以通过硬件和软件相结合的方式，实现高速高效的网络流量模拟系统。

三、预期成果本项目的预期成果包括：1. 硬件平台的设计和实现，包括FPGA的选择和相关电路设计。

2. 软件系统的设计和实现，包括模拟器的算法和实现。

3. 系统测试和评估报告，包括系统性能和安全测试等方面的分析报告。

4. 学术论文撰写和发表，将研究成果呈现给学术界和产业界，促进相关领域的发展。

四、研究进度计划本项目的研究进度计划如下：第一阶段：调研和学习（2个月）1. 调研相关领域的发展现状和技术趋势。

2. 学习FPGA的原理和应用，掌握相关的开发工具和编程语言。

第二阶段：设计和实现（6个月）1. 设计网络流量模拟系统的硬件平台，包括FPGA的选择和相关电路设计。

2. 设计网络流量模拟系统的软件部分，包括模拟器的算法和实现。

3. 进行系统集成和调试，确保系统稳定运行。

基于FPGA的高速数据采集及分析

基于FPGA的高速数据采集及分析FPGA（现场可编程门阵列）是一种基于硬件逻辑配置的可编程电路芯片，具有高度的灵活性和性能优势，被广泛应用于高速数据采集及分析领域。

在本文中，我们将介绍FPGA在高速数据采集及分析中的优势和应用。

首先，FPGA具备高速采集能力。

由于FPGA的硬件并行性和高度可定制的特性，它可以同时处理多个数据流和通道，实现高速的数据采集。

FPGA内置的时钟管理模块和高速IO接口可以实现对高速数据的快速采样和传输，使得FPGA成为高速数据采集系统中不可或缺的核心组件。

其次，FPGA具备实时的数据处理能力。

FPGA内部的硬件逻辑可以根据实际需求进行定制，实现针对特定应用场景的数据处理算法。

与传统的软件算法相比，FPGA可以并行处理大量的数据，实现实时的数据处理和分析。

这对于需要快速响应的实时应用非常重要，例如雷达信号处理、医学图像处理等。

此外，FPGA还具有低延迟的特性。

FPGA采用硬件描述语言进行编程，可以直接在硬件层面上实现数据处理算法，避免了软件层面的中间环节和延迟。

由于硬件级别的并行处理能力，FPGA可以实时响应来自外部传感器的数据，减少数据传输和处理的延迟时间，提高系统的实时性。

在高速数据采集及分析应用中，FPGA可以用于数据预处理、数据压缩和数据加速等方面。

在数据预处理方面，FPGA可以进行数据的滤波、采样率变换和数据校正等操作，提高数据质量和可靠性。

在数据压缩方面，FPGA可以采用各种算法（如哈夫曼编码、小波变换等）进行数据压缩，减少数据存储和传输的成本。

在数据加速方面，FPGA可以进行并行计算和加速算法的硬件实现，提高数据处理的速度和效率。

除了上述应用，FPGA在高速数据采集及分析领域还可以用于实时图像处理、机器学习加速和高性能计算等方面。

例如，FPGA可以用于实时视频图像的处理和分析，实现目标检测、跟踪和识别等功能。

同时，FPGA可以配置深度学习算法进行机器学习任务的加速，提高算法的执行效率。

基于NetFPGA的网络流量分组方法设计与实现

㊀山西电子技术２０１９年第３期网络技术㊀收稿日期:２０１９－０３－２８基金项目:湖南省教育厅科技项目«基于ＦＰＧＡ的网络流量分类方法研究»项目(１５Ｃ１４０６)ꎻ湖南省自然科学基金项目«基于ＦＰＧＡ的高速网络流量还原方法研究»项目(２０１７ＪＪ０５３)作者简介:曾小宝(１９８４￣)ꎬ男ꎬ江西峡江县人ꎬ副教授ꎬ研究生ꎬ研究方向:嵌入式技术ꎬ网络信息处理ꎮ文章编号:１６７４￣４５７８(２０１９)０３￣００６５￣０３基于ＮｅｔＦＰＧＡ的网络流量分组方法设计与实现∗曾小宝ꎬ李晓锋ꎬ宋㊀锐ꎬ肖卓朋(张家界航空工业职业技术学院ꎬ湖南张家界４２７０００)摘㊀要:随着互联网的高速发展ꎬ各种网络应用类型层出不穷ꎬ信息量以摩尔定律的速度快速增长ꎬ信息安全日益成为信息系统的关键点之一ꎮ为解决病毒㊁网络攻击等带来的安全问题ꎬ数据包分组技术应运而生ꎮ对于网络带宽快速升级ꎬ现有软件方式的网络数据包分组方法难以适应高速网络分组需求ꎬ为此设计一种基于ＮｅｔＦＰＧＡ的网络数据包分组系统ꎬ很好的解决了软件实现方法的不足ꎮ关键词:流量分组ꎻＮｅｔＦＰＧＡꎻ网络流量中图分类号:ＴＰ３９３.０２㊀㊀文献标识码:Ａ０㊀引言高速网络的出现对传统网络信息处理技术是一个巨大的挑战ꎮ现有的网络信息处理技术有软件和硬件两种方式ꎬ采用软件实现成本较低ꎬ灵活性较高ꎮ缺点是软件方式通常会受ＣＰＵꎬ操作系统ꎬ计算机结构体系ꎬ系统资源等的限制ꎬ在性能上难以适应现有高速网络的需求ꎮ采用硬件实现方式具有速度快ꎬ稳定性等优点ꎬ从相关文献得知现有采用硬件实现方式是采用专用集成电路(ＡＳＩＣ)来实现ꎬ其缺点是专用性较强ꎬ灵活性较差ꎬ不能得到广泛使用ꎮ结合硬件和软件各自的优点ꎬ斯坦福大学开发的网络ＦＰＧＡ(ＮｅｔＦＰＧＡ)用来处理网络信息是较好的选择[１]ꎮ１㊀ＮｅｔＦＰＧＡ概述ＮｅｔＦＰＧＡ起源于斯坦福大学的ＮｉｃｋＭｃＫｅｏｗｎ教授领导的研究小组开发设计的一个软硬件皆可编程的开放平台[２]ꎮ从２００７年开始在国内外掀起了学习和研究热潮ꎬ它的出现将硬件的可配置性带入到网络信息处理方面进行硬件加速ꎬ研究人员很容易在此平台上搭建高速网络信息处理模型[４]ꎮ最新ＮｅｔＦＰＧＡ处理速度可达万兆ꎬ从而进行网络系统的研究和测试ꎬ突破了传统网络信息纯软件处理速度不高的瓶颈[５]ꎮ目前ꎬ美国多数高校里已经开设了基于ＮｅｔＦＰＧＡ平台的路由器设计和高速网络设计实验课程ꎮ在国内ꎬＮｅｔＦＰＧＡ才刚刚起步ꎬ具有很好的发展前景ꎬ现在越来越多的大学和科研院所开始进行研究ꎬ台湾中原大学基于ＮｅｔＦＰＧＡ之流量变异侦测系统 ꎬ通过速写(Ｓｋｅｔｃｈ)演算法清晰的构建了时变异常检测系统ꎬ达到线速处理网络流量的目标[６]ꎮ２㊀ＮｅｔＦＰＧＡ平台架构ＮｅｔＦＰＧＡ初期硬件原型主要实现网络数据包的解包ꎬ负载的扫描分组等功能ꎬ并能很好的支持模块化的设计ꎬ通过调用各个子模块和用户自己编写模块可以实现较复杂的硬件功能设计ꎮ因此ꎬ可将此平台应用于网络攻击检测ꎬ负载均衡ꎬ流量控制等网络硬件加速研究ꎮＮｅｔＦＰＧＡ结构框图如图１所示ꎮ３㊀基于ＮｅｔＦＰＧＡ的网络流量分组方法设计具体设计如下:从网络上采集数据ꎬ数据采集模块采用赛灵思公司开发的ＩＰ核ＴＥＭＡＣ来实现ꎬ采集到的数据访问分组控制模块ꎬ得到通过与否信号ꎬ决定数据分发到相应的组别ꎬ分组控制模块包括特征提取ꎬＳＲＡＭ的读写ꎬＤＤＲ２ＳＤＲＡＭ的读写ꎬＳＲＡＭ用于网络特征的缓存ꎬ每隔一定时间以块的形式通过数据通道发送给上位机显示ꎮ分组控制模块接收上位主机下载的规则集ꎬ按上位主机封装规则进行逆向解析ꎬ得到ＩＰ地址和相应的分组控制位ꎬ并以此ＩＰ地址为ＤＤＲ２存储器的写地址ꎬ将分组控制位写入ＤＤＲ２的位存储空间ꎮ直接利用提取到的源ＩＰ去访问ＤＤＲ２ꎬ读取相应的分组控制信息ꎬ最后分组控制模块输出分组控制信息ꎬ决定数据包分到哪一个类组ꎬ实现基于ＩＰ地址的数据包分组ꎮ图１㊀ＮｅｔＦＰＧＡ结构框图图２㊀网络数据包分组方法系统框图４㊀基于ＮｅｔＦＰＧＡ的网络流量分组方法实现首先从网络上采集到的数据放入ＦＩＦＯ(先进先出队列)进行缓存ꎬ其次再将网络数据流送分组控制器ꎬ并且依据分组规则进行分类ꎬ分组控制器完成分组规则的访问ꎬ需要不断的读分组规则ꎬ最后输出分类结果ꎬ上位机可通过ＰＣＩ＿ＤＭＡ直接访问的方式将分组规则置入ＤＤＲ２存储器ꎬ也可通过ＰＣＩ＿ＩＯ的方式置入ꎮ上位机可实时统计显示网络特征ꎬ动态配置分组规则集ꎮ具体框图如图３所示ꎮҢＦＩＦＯ缓存模块:流水线技术是指将一个逻辑功能分割成多个阶段的过程ꎬ每个阶段执行一小段逻辑功能ꎮ这样处理可提高执行的速度ꎬ对整个系统来说ꎬ可提高吞吐量ꎬ可以允许更高的工作频率ꎬ动态的提高了设计性能ꎬ但是为了使流水线的性能达到最佳ꎬ当采用了多级流水线之后ꎬ数据通路变成了多时钟周期通路ꎬ必然会带来一定的延时ꎬ要进行严格的周期约束ꎬ逻辑规模要均衡ꎮ在ＲｏｕｔｅｒＨＷ设计中采用５级流水线模块化设计方法ꎬ在数据通路几乎每个模块都设计一个同步ＦＩＦＯꎬ以实现数据包的缓存ꎮ从而不必过多考虑时序约束ꎬ专注于模块内部功能的实现ꎬ给开发带来极大的便利ꎮ图３㊀分组方法框图Ң分组控制器模块:根据ＦＳＭＤ数据和逻辑控制两部分的思想设计出分组控制方法ꎬ设计出分组控制逻辑结构图如图４所示ꎮ图４㊀分组控制逻辑结构图待分组数据进入ＦＩＦＯ进行缓存ꎬ与此同时进行预处理ꎬ预处理的目的是一个状态转移机ꎮ根据数据包内容确定在哪个状态下进行ＩＰ地址的提取ꎬ根据预处理的标记结果启动后面的ＩＰ地址提取ꎬ数据缓存和提取ＩＰ地址是并行执行的ꎬ提取到的ＩＰ地址再去访问ＤＤＲ２读取分组控制位ꎬ依据读取到的分组控制位如１数据包通过ꎬ ０数据包不通过ꎬ修改相应数据包信息ꎬ以便后续电路对其转发到不同端口ꎮ要注意的是:在数据包转发时ꎬ对缓存的数据包读取要注意其时序ꎬ所用ＦＩＦＯ采用异步的方法控制其读信号ꎮҢ上位机下载分组规则:数据包的传输分为帧的发送和接收ꎬ对于硬件和驱动来说都是通过ＰＣＩ接口以ＤＭＡ的方式进行数据的收发ꎮ在应用程序实现上可以有两种方式:一种是利用Ｌｉｎｕｘ下网络工具包Ｌｉｎｐｃａｐ和Ｌｉｂｎｅｔ分别进行数据包的捕获和发送ꎻ另一种是直接对网络接口进行数据包操作ꎮＬｉｂｐｃａｐ是Ｌｉｎｕｘ下的网络数据包捕获函数包ꎬ可以６６山㊀西㊀电㊀子㊀技㊀术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年㊀对网络进行监听ꎬ但不能拦截数据包ꎮ它是在操作系统内核的数据链路层添加旁路电路实现ꎬ并不影响网络协议栈工作ꎬ可以用来监听ＮｅｔＦＰＧＡ各个网口数据流量等操作ꎮＬｉｂｎｅｔ是Ｌｉｎｕｘ下用于数据包构造和发送的函数包软件ꎬ只需把ＮｅｔＦＰＧＡ作为一块普通的网络接口来操作即可ꎮ本文配置分组规则就是采用Ｌｉｂｎｅｔ软件把大量分组ＩＰ和所对应的分组控制位封装成ＩＰ数据包的形式ꎬ通过ＰＣＩ＿ＤＭＡ方式下到ＦＰＧＡ中ꎬ其封装过程流程图如图５所示ꎮ图５㊀封装过程流程图５㊀结论为了验证基于ＦＰＧＡ的网络数据包分组系统设计性能ꎬ本文的实现是采用斯坦福大学的ＮｅｔＦＰＧＡ２.１开发平台来实现其原型系统ꎬ通过ＩＳＥ软件编写Ｖｅｒｉｌｏｇ描述语言对各功能模块进行描述ꎬ使用ＭｏｄｅｌＳｉｍ软件进行仿真ꎬ结果表明分组效果较软件方式具有较高的准确率ꎮ参考文献[１]㊀陆佳华ꎬ杨卫ꎬ周剑ꎬ等.零存整取ＮｅｔＦＰＧＡ开发指南[Ｍ].北京:北京航空航天大学出版社ꎬ２０１６.[２]㊀谢文亮ꎬ唐屹ꎬ王大星.基于ＦＰＧＡ技术的网络包头分类的研究[Ｊ].广州大学学报(自然科学版)ꎬ２００７(３):５１－５５.[３]㊀李革新.网络数据包捕获工具的开发与实现[Ｊ].计算机工程与设计ꎬ２００７(８):８８－９０.[４]㊀ＣｌａｕｄｉｏＧꎬＥｎｒｉｃｏＮꎬＳａｌｖａｔｏｒｅＰꎬｅｔａｌ.ＡｎＦＰＧＡＢａｓｅｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒＣｏｍｐｌｅｘＲｕｌｅＭａｔｃｈｉｎｇｗｉｔｈＳｔａｔｅｆｕｌＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆＭｕｌｔｉｐｌｅＴＣＰＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ.Ｉｎ:ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎ￣ｆｅｒｅｎｃｅＩ[Ｃ].Ｉｐｏｊｕｃａ:ＩＥＥＥＣｏｍｐｕｔｅｒＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１０.[５]㊀彭墨青.网络处理器技术比较研究[Ｊ].福建电脑ꎬ２００９(２):９－１０.[６]㊀李志强ꎬ杨波ꎬ孙涛ꎬ等.一种基于ＦＰＧＡ的面向网络应用的开发平台设计[Ｊ].山东科学ꎬ２０１０ꎬ２３(５):２８－３２.ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＮｅｔｗｏｒｋＴｒａｆｆｉｃＰａｃｋｅｔＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＮｅｔＦＰＧＡＺｅｎｇＸｉａｏｂａｏꎬＬｉＸｉａｏｆｅｎｇꎬＳｏｎｇＲｕｉꎬＸｉａｏＺｈｕｏｐｅｎｇ(ＺｈａｎｇｊｉａｊｉｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙꎬＺｈａｎｇｊｉａｊｉｅＨｕｎａｎ４２７０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＷｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔꎬｖａｒｉｏｕｓｔｙｐｅｓｏｆｎｅｔｗｏｒｋａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｒｅｉｎａｎｅｎｄｌｅｓｓｈｉｅｒａｒｃｈｙꎬａｎｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｇｒｏｗｓｒａｐｉｄｌｙａｔｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆＭｏｏｒｅ'ｓＬａｗ.Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｅｃｕｒｉｔｙｈａｓｉｎ￣ｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓｃａｕｓｅｄｂｙｖｉｒｕｓａｎｄｎｅｔｗｏｒｋａｔｔａｃｋꎬｐａｃｋｅｔｇｒｏｕｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅｍｅｒｇｅｓａｓｔｈｅｔｉｍｅｓｒｅｑｕｉｒｅ.Ｆｏｒｔｈｅｒａｐｉｄｕｐｇｒａｄｉｎｇｏｆｎｅｔ￣ｗｏｒｋｂａｎｄｗｉｄｔｈꎬｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ￣ｂａｓｅｄｎｅｔｗｏｒｋｐａｃｋｅｔｇｒｏｕｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｎｅｔｗｏｒｋｐａｃｋｅｔ.ＴｈｅｒｅｆｏｒｅꎬａｎｅｔｗｏｒｋｐａｃｋｅｔＧｒｏｕｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＮｅｔＦＰＧＡｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄꎬｗｈｉｃｈｓｏｌｖｅｓｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｒａｆｆｉｃｇｒｏｕｐｉｎｇꎻＮｅｔＦＰＧＡꎻｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｆｆｉｃ７６㊀第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀曾小宝ꎬ等:基于ＮｅｔＦＰＧＡ的网络流量分组方法设计与实现。

基于FPGA的千兆网络数据采集系统设计与实现

基于FPGA的千兆网络数据采集系统设计与实现作者：邹立仁田立波来源：《数字技术与应用》2011年第09期摘要：网络正在成为当今社会通信的骨干力量，网络管理的研究需求日益迫切。

本文介绍了网络流量管理中的网络数据采集系统设计与实现，以Altera StratixGX系列FPGA为平台，结合Marvell88E1111网络芯片，完成网络数据采集系统。

本设计采用SOPC技术,利用Altera 提供的千兆以太网IP核，完成FPGA系统无缝连接千兆以太网,实现网络数据包采集。

关键词：千兆以太网 OPC MAC PCS PMA中图分类号：TN913 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)09-0136-011、引言随着互联网的迅猛发展，网络管理的需求日益迫切，而流量监测和统计分析是整个网络管理的基础。

为了实现对网络进行综合管理，有必要及时全面的收集、管理网络的流量信息，准确获取网络流量数据，对网络流量态势进行分析，对网络健康状况及未来的发展趋势作出准确判断。

然而随着网络带宽的增加和规模的扩大，大规模网络流量采集面临着数据规模庞大和数据到达速度过快的挑战。

为了克服上述困难,通常采用硬件实现完成流量采集功能。

当前存在的硬件实现的流量采集方法如Cisco的NetFlow或者InMon的sFlow都是基于对数据报文周期性地采样来进行流量采集，这种方法实现存在处理速度缓慢、统计结果不精确、实现代价大、单个流处理访存次数多等缺点。

随着FPGA的发展，其内部资源日益丰富，速度和性能大大提高，特别是内部嵌入了大量IP核，使得在FPGA上进行高速网络流数据的采集和分析成为可能。

本文涉及的流量管理系统采用Altera的Stratix GX系列FPGA，获取RJ45端口送来的网络数据包，并对数据包进行流量统计和分析，最终根据流量分析的结果将网络数据包进行分流重新转发回网络中，系统结构如图1所示。

2、网络数据采集系统总体设计本文重点研究流量管理系统中的前端网络数据采集部分。

基于FPGA的数据采集器设计及可靠性分析

科技资讯2017 NO.24SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信息技术7科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 在工业生产、科学研究、环境监测等多个领域中,数据采集器可以对各种参数进行实时的采集、监测和记录,扮演着重要的角色。

目前已有多种成熟的数据采集器被投入使用,但目前市场上通用的高速数据采集卡通常成本较高、可拓展性弱,灵活性低,且处理速度和可靠性都有进一步提升的空间[1]。

因此,本文以经济、实用性强和可靠性好为设计目标,选用Altera 公司Cyclone IV 系列的 EP4CE15F17C8N为核心芯片,设计了一款低成本、高速、高可靠性的数据采集器,并设计了可靠性评估方案对其可靠性进行测试。

1 总体设计方案根据前文所述,综合考虑成本、采集速度、采集精度、稳定性和可靠性,本文将以FPGA芯片EP4CE15F17C8N为核心,搭配相应的AD芯片、存储芯片完成数据采集器的设计,本文所设计实现的数据采集器的总体原理框图如图1所示。

从图1中可以看出,本文所设计的数据采集器由A/D采样模块、FIR滤波模块、FPGA模块、SDRAM存储模块、EEPROM存储模块、串口发送模块6个部分组成。

在实现过程中采用verliog HDL语言,开发环境选用Quartus II [3]。

每个部分的设计过程如下。

(1)A/D采样模块。

为了提高数据采集器的采集速度,本文在AD采样时选用Analog Device公司的AD9233-125芯片,该芯片是一款12位的125 MSPS 模数转换器(ADC),内置一个高性能采样保持放大器(SHA)和片内基准电压源,最高采样率可达125MHz,12位分辨率,模拟带宽最高可达650MHz,可做射频直接带通采样,可以满足本文的设计需求。

为了不限制该芯片的高速采集性能,本文在编程过程中缩短了指令执行时间,包含状态较少,主要包括以下4个状态:①停止状态。

基于FPGA的数据采集系统设计

基于FPGA的数据采集系统设计引言数据采集系统在很多领域中都扮演着重要的角色，例如工业自动化、医疗设备、通信系统等等。

为了提高数据采集系统的性能和可靠性，使用FPGA作为其核心处理器是一个不错的选择。

本文将介绍如何设计一个基于FPGA的数据采集系统，包括架构设计、硬件设计和软件设计等。

一、架构设计一个基于FPGA的数据采集系统的主要架构包括传感器接口、数据处理模块和数据存储模块。

传感器接口负责将传感器的模拟信号转换为数字信号，然后通过数据处理模块进行数据处理和计算，最后将结果存储到数据存储模块中。

在传感器接口模块中，可以选择使用ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号。

ADC的选择需要根据采集系统的需求和传感器的特性来确定。

一般而言，高分辨率的ADC可以提高数据采集系统的精度，但会增加系统的复杂度和成本。

数据处理模块可以采用FPGA中的片上处理器（DSP）或使用FPGA的逻辑单元进行数据处理和计算。

使用DSP可以提高系统的处理能力和灵活性，但也会增加功耗和成本。

另一方面，使用FPGA的逻辑单元可以在保证性能的同时降低成本和功耗。

数据存储模块可以选择使用FPGA中的存储器或外部存储器。

FPGA中的存储器速度较快，但容量有限，适合存储少量实时数据。

如果需要存储大量数据，可以选择外部存储器，如SD卡、硬盘等。

二、硬件设计硬件设计是基于FPGA的数据采集系统的关键部分。

首先，需要选择合适的FPGA器件，根据数据采集系统的需求来确定FPGA器件的规格和性能。

其次，需要设计适配器板，将传感器信号接口与FPGA器件连接起来。

适配器板一般包括ADC、放大器、滤波器等电路。

最后，需要设计适配器板和FPGA器件之间的连线，保证信号的稳定和可靠传输。

硬件设计过程中还需要考虑功耗、成本和稳定性等因素。

功耗是一个重要的指标，特别是对于移动设备或电池供电的设备而言。

如何降低功耗是硬件设计中需要重点考虑的问题。

此外，成本也是硬件设计中需要考虑的因素之一，特别是对于大规模的数据采集系统。

基于FPGA的通用网络数据采集控制器方案

基于FPGA的通用网络数据采集控制器方案
项目背景及可行性分析
1. 项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况
项目的名称：基于FPGA 的通用网络数据采集控制器
项目的主要内容：开发一款通用性强的网络数据采集控制器，适合
PC（windows 与Unix、Linux 系统）与片上系统之间的通信（片上运行软核或硬核嵌入式系统），提取的资源是本地控制器参数（如PID 参数、射频信号幅度相位信息和误差因子等）。

目前进展的情况：目前已经实现了使用MacroBlaze 软核处理器的网络通信的基本功能。

通用的网路数据采集控制器的雏形基本形成，系统框架也初步定好。

2. 项目关键技术及创新点的论述；
项目的关键技术：
1）面向对象的合理的软件架构；
2）便于MicroBlaze 和PowerPC 同样适用的硬件结构；
3）多种网络通信协议；
4）高级语言的应用程序接口。

创新点：
众多的数据采集控制器均是针对某一个应用的具体环境而定制开发，缺乏对应用对象和适用环境方面的考虑。

该通用数据采集控制器结合FPGA 在数据采集与控制方面的应用，针对片上的不同系统和客户的应用环境提出一种能适应不同要求的软件架构。

3. 技术成熟性和可靠性论述：。

基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现

基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现随着科技的日新月异，许多领域对于高速数据采集越来越有需求。

为了更好的满足市场需求，基于FPGA的高速数据采集系统应运而生。

本文主要介绍这种系统的设计与实现。

一、设计要素在设计高速数据采集系统时，需要考虑以下要素：1.1 数据的速率数据采集的速率越快，就需要更快的数据传输和处理。

因此，在设计FPGA时，需要考虑芯片的速率以及电路设计的限制。

1.2 信号的精度和分辨率精度和分辨率也是FPGA设计需要考虑的因素。

在对信号进行分析时，需要考虑处理过程中可能发生的失真。

1.3 数据的处理方式基于FPGA的高速数据采集系统可以采用不同的数据处理方式，例如峰值检测、快速傅立叶变换等。

1.4 数据采集的通道数通道数的多少会影响到系统的数据吞吐量。

在实际应用中需要考虑通道数与数据传输速率之间的平衡。

二、数据采集系统的实现2.1 采集控制器采集控制器是数据采集系统的核心部件之一。

它用于管理采集模块和数据接口，将采集到的数据传输到主机上。

为了保证采集率和数据的稳定性，采集控制器需要具有高速传输和数据缓冲功能。

2.2 采集模块采集模块是数据采集系统的另一个关键部件。

它负责对信号进行采集、滤波和放大，使得信号可以用于进一步的数字化处理。

2.3 数据接口数据接口用于连接采集控制器和主机。

由于高速数据采集需要处理大量数据，因此需要使用高速数据传输接口，例如PCI Express或以太网接口。

2.4 数据处理数据处理包括数据解码、滤波和算法处理等步骤。

在实际应用中，FPGA可以采用硬件加速和并行处理的方式，提高数据处理速度。

三、应用场景基于FPGA的高速数据采集系统可以广泛应用于不同领域。

以下是一些常见的应用场景：3.1 无线电通信在无线电通信领域，高速数据采集系统可以用于实时监测信号强度和频率，从而调整无线电通信设备的参数。

3.2 医疗诊断在医疗诊断领域，高速数据采集系统可以用于大脑信号采集、心电信号采集等任务，帮助医生进行诊断和治疗。

基于FPGA的数据采集系统电路设计

基于FPGA的数据采集系统电路设计引言：数据采集是现代工程领域中一个重要的环节，数据采集系统可以将物理信号转化为数字信号，通过FPGA进行处理和分析。

本文将介绍一个基于FPGA的数据采集系统电路设计，包括电路的整体框图设计、关键模块的设计和实现。

一、整体框图设计整体框图设计是数据采集系统电路设计的第一步，它决定了整个系统的结构和功能。

一个基于FPGA的数据采集系统通常由以下几个主要模块组成：1.传感器接口模块：用于接收来自传感器的物理信号，并将其转化为电压信号。

2.模拟到数字转换模块（ADC）：将模拟信号转化为数字信号，以便FPGA进行处理。

3.FPGA模块：用于对采集到的数据进行处理、分析和存储。

4. 存储模块：用于存储采集到的数据，可以通过RAM或Flash芯片实现。

5.控制模块：用于对整个数据采集系统进行控制和配置。

二、关键模块的设计1.传感器接口模块设计传感器接口模块是数据采集系统中与外部传感器连接的关键模块，它需要完成信号的放大和滤波等功能。

常用的传感器接口包括电阻分压器、运算放大器和滤波电路等。

2.模拟到数字转换模块（ADC）设计ADC模块需要将模拟信号转化为数字信号，并按照一定的采样率进行采样。

常用的ADC芯片有SAR（逐次逼近调制）型和Sigma-Delta型。

设计时需要考虑信号的精度、采样率和动态范围等参数。

3.FPGA模块设计FPGA模块是数据采集系统中最重要的模块之一，它可以实现对采集到的数据进行处理、分析和存储等功能。

设计时需要根据需求选择合适的FPGA芯片，并编写相应的逻辑电路代码。

常用的FPGA开发工具有Xilinx 的Vivado和Altera的Quartus等。

4.存储模块设计存储模块用于存储采集到的数据，可以选择使用RAM或Flash芯片进行存储。

其中RAM具有读写速度快、容量较小的特点，适用于对数据实时性要求较高的场景；而Flash具有容量大、读写速度慢的特点，适用于长期存储数据的场景。

基于NetFPGA的网络数据流量采集器

基于NetFPGA的网络数据流量采集器
刘付斌;高相铭
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2014(033)001
【摘要】为解决基于软件的流量采集方法无法在高速网络环境下准确测量的问题,提出了一种基于NetFP-GA的网络数据流量采集器,以达到实时在线的流量统计和采集功能.该系统采用模块化的架构设计,通过硬件实现功能的方式提高网络测量精度.实验结果表明,该系统能准确统计出网络中93％以上流量.
【总页数】3页(P112-114)
【作者】刘付斌;高相铭
【作者单位】安阳师范学院物理与电气工程学院,河南安阳455000;安阳师范学院物理与电气工程学院,河南安阳455000
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.0
【相关文献】
1.基于NetFPGA10G的网络组件存储功能设计与实现 [J], 张硕琳;罗洪斌
2.基于改进的NetFPGA的网络流量控制系统研究 [J], 任晓刚;夏开建
3.基于NetFPGA的网络流量采集器 [J], 林金;杨波
4.基于NetFPGA的网络数据包重现机制的研究与实现 [J], 邓悄;周金治
5.基于NetFPGA的网络流量分组方法设计与实现 [J], 曾小宝;李晓锋;宋锐;肖卓朋
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