Sistema de comunicación mediante protocolo Ethernet (Estándar 802.3) implementado en una FPGA
En este proyecto se desarrolla e implementa un conjunto de algoritmos computacionales y un sistema de hardware embebido en FPGA con el fin de tener acceso remoto a sistemas inteligentes y un estudio preliminar de su posible aplicación a hogares y edificaciones en general. El desarrollo se inicia con...
- Autores:
-
Herrera Mejía, Alberto
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2009
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/14184
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
Ethernet - Local area network system
Protocolo de redes de computadores
Extranets - Redes de compuntadores
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En este proyecto se desarrolla e implementa un conjunto de algoritmos computacionales y un sistema de hardware embebido en FPGA con el fin de tener acceso remoto a sistemas inteligentes y un estudio preliminar de su posible aplicación a hogares y edificaciones en general. El desarrollo se inicia con la descripción de los modelos, protocolos y estándares en los cuales se fundamenta el proyecto. Se describe el modelo de referencia OSI, los estándares IEEE 802.3 y el protocolo Ethernet. Después se hace referencia al hardware y software utilizado para el desarrollo e implementación del sistema. Se indica también las metodologías de programación y los esquemas usados para la implementación de los diferentes conjuntos de algoritmos, tales como los modelos de maquinas de estado finito. El esquema general del sistema se describe y se explica su funcionamiento, posteriormente se describe cada componente y sus partes. Si hay lugar también se explica cada parte que conforma un componente, es decir se inicia con una descripción general y se va reduciendo a la explicación de bloques cada vez más simples. |
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N. Rao, “FPGAs and ethernet providing programmability to pervasive interconnect standard”, FPGA journal, Xilinx Inc Hubert Zimmermann, “OSI Reference Model – the ISO model of architecture for open systems interconnections”, IEEE Transactions on Communications, VOL. 28, No.4, Abril 1980. International Standard ISO/IEC 7498-1, “Information technology – Open Systems Interconnection – Basic reference model: The Basic Model”, ISO – IEC, 1994. Della, M. Navarro, D. Rey, “Modelo de referencia OSI - interconexión de sistemas abiertos”, Cátedra Sistemas de Comunicaciones. Universidad Tecnológica Nacional, Argentina Internetworking Technologies Handbook, Cisco Press; 4 Edición Septiembre 2003. R. Guastella, “Back to the future: Manchester Encoding”, EE Times, India, Febrero 2008. IEEE 802.3 Standard Part 3 – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access method and physical layer specification. USA. M. L. López, J. L. Ayala, “FPGA: Nociones Básicas e implementación”, Laboratorio de diseño microelectrónico, Universidad Politécnica de Madrid, Abril 2004. H. Wolff, “How QuickTurn is filling the gap”, Electronics, Vol. 63, No. 4, April 1990. S. Brown, J. Rose, “Architecture of FPGAs and CPLDs: A tutorial”, Universidad de Toronto. P. Ashenden, The VHDL Cookbook, Primera Edición, Universidad de Adelaide, Australia, Julio 1990. F. Pardo, VHDL Lenguaje para descripción y modelado de circuitos, Universidad de Valencia, España, Octubre 1997. R. Martin, “UML Tutorial: Finite State Machines”, Engineering Notebook Column, Junio 1998 E. Gómez, D. Vargas, “Diseño de maquinas de Estado”, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia. LAN83C185 “High Performance Single Chip low power 10/100 Ethernet Physical Layer Transceiver (PHY)” Datasheet, SMSC, Diciembre 2008. Xilinx. Inc, Spartan-3E Starter Kit Board User Guide. www.xilinx.com, 2006. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessEcheverry Correa, Julian DavidHerrera Mejía, Alberto2022-07-28T13:50:38Z2022-07-28T13:50:38Z2009https://hdl.handle.net/11059/14184Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEn este proyecto se desarrolla e implementa un conjunto de algoritmos computacionales y un sistema de hardware embebido en FPGA con el fin de tener acceso remoto a sistemas inteligentes y un estudio preliminar de su posible aplicación a hogares y edificaciones en general. El desarrollo se inicia con la descripción de los modelos, protocolos y estándares en los cuales se fundamenta el proyecto. Se describe el modelo de referencia OSI, los estándares IEEE 802.3 y el protocolo Ethernet. Después se hace referencia al hardware y software utilizado para el desarrollo e implementación del sistema. Se indica también las metodologías de programación y los esquemas usados para la implementación de los diferentes conjuntos de algoritmos, tales como los modelos de maquinas de estado finito. El esquema general del sistema se describe y se explica su funcionamiento, posteriormente se describe cada componente y sus partes. Si hay lugar también se explica cada parte que conforma un componente, es decir se inicia con una descripción general y se va reduciendo a la explicación de bloques cada vez más simples.This project develops and implements a set of computer algorithms and a hardware-embedded FPGA to allow for remote access and a preliminary study of its possible application to homes and buildings in general. The development begins with a description of models, protocols and standards which are based on the project. Describes the OSI reference model, the IEEE 802.3 standard and Ethernet protocol. Then refers to hardware and software used for the development and implementation of the system. It also indicates the programming methodologies and patterns used for implementation of different sets of algorithms, such as models of finite state machines. The general outline of the system is described and explained its operation, then describes each component and parts. If there is also explained each part that forms a component, starts with a general description and is reduced to the explanation of the blocks increasingly simple.CONTENIDO pag. ABSTRACT vi RESUMEN vii CONTENIDO viii LISTA DE FIGURAS xii LISTA DE TABLAS xiii INTRODUCCION xiv OBJETIVOS xvi 1. PRELIMINARES 1 1.1 MODELO DE REFERENCIA OSI 1 1.1.1 Generalidades 1 1.1.2 Estructura Del Modelo OSI 4 1.1.3 Capa Física 5 1.1.4 Capa de Enlace 5 1.1.5 Capa de Red 7 1.1.6 Capa de Transporte 7 ix 1.1.7 Capa de Sesión 9 1.1.8 Capa de Presentación 9 1.1.9 Capa de Aplicación 9 1.1.10 Transmisión de datos en el Modelo OSI 10 1.2 EL ESTANDAR IEEE 802.3 Y ETHERNET 11 1.2.1 CSMA/CS y la especificación de la capa Física 11 1.2.2 Media Access Control (MAC) 12 1.2.3 Codificación 12 1.2.4 Formato de la trama 13 1.3 FPGAs 15 1.3.1 Evolución de los dispositivos lógicos programables 15 1.3.2 Estructura general de las FPGAs 16 1.3.3 Arquitectura de las FPGAs de xilinx 18 1.3.4 Aplicaciones de las FPGAs 18 1.4 VHDL 20 1.4.1 El lenguaje VHDL 20 1.4.2 Metodologías de diseño 21 1.4.3 Estructura básica de un archivo en VHDL 23 1.5 MAQUINAS DE ESTADO FINITO 25 1.5.1 Modelo Mealy 25 1.5.2 Modelo Moore 26 1.5.3 Maquinas de estado y VHDL 26 2. ESTRUCTURA GENERAL DEL SISTEMA 28 x 2.1 SISTEMA DE COMUNICACIÓN 28 2.2 TERMINAL REMOTO (TR) 29 2.3 TERMINAL LOCAL (TL) 30 2.4 INTERFAZ ETHERNET 31 2.5 FPGA 33 2.6 BLOQUE DE ENVÍO ETHERNET 34 2.7 BLOQUE DE RECEPCIÓN ETHERNET 36 2.8 BLOQUE DE ENVÍO UDP 37 2.9 BLOQUE DE RECEPCIÓN UDP 39 2.10 GENERADOR CRC 40 2.11 CALCULADOR DEL VALOR CHECKSUM 41 3. METODOLOGIA DE DISEÑO 43 3.1 BLOQUE PARA ENVIO UDP 43 3.2 BLOQUE PARA ENVIO ETHERNET 45 3.3 BLOQUE PARA RECEPCION UDP 49 3.4 BLOQUE PARA RECEPCION ETHERNET 51 4. MATERIALES Y METODOS 54 4.1 MATERIALES 54 4.1.1 Spartan-3E Kit 54 4.1.2 Wireshark – Monitor de tráfico en redes 56 4.1.3 Medio físico 58 4.2 METODOLOGIA DE PRUEBAS 59 xi 4.2.1 Pruebas de envío de datos 59 4.2.2 Pruebas de recepción de datos 60 5. RESULTADOS 61 5.1 ENVIO DE DATOS FPGA-PC 61 5.2 RECEPCION DE DATOS PC-FPGA 63 6. CONCLUSIONES 66 7. TRABAJO FUTURO 67 ANEXOS 68 A. ALGORITMO: BLOQUE PARA ENVIO UDP 68 B. ALGORITMO: BLOQUE PARA ENVIO ETHERNET 73 C. ALGORITMO: BLOQUE PARA RECEPCION UDP 80 D. ALGORITMO: BLOQUE RECEPCION ETHERNET 84 BIBLIOGRAFIA 88PregradoIngeniero(a) Electricista106application/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaEthernet - Local area network systemProtocolo de redes de computadoresExtranets - Redes de compuntadoresSistema de comunicación mediante protocolo Ethernet (Estándar 802.3) implementado en una FPGATrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisN. Rao, “FPGAs and ethernet providing programmability to pervasive interconnect standard”, FPGA journal, Xilinx IncHubert Zimmermann, “OSI Reference Model – the ISO model of architecture for open systems interconnections”, IEEE Transactions on Communications, VOL. 28, No.4, Abril 1980.International Standard ISO/IEC 7498-1, “Information technology – Open Systems Interconnection – Basic reference model: The Basic Model”, ISO – IEC, 1994.Della, M. Navarro, D. Rey, “Modelo de referencia OSI - interconexión de sistemas abiertos”, Cátedra Sistemas de Comunicaciones. Universidad Tecnológica Nacional, ArgentinaInternetworking Technologies Handbook, Cisco Press; 4 Edición Septiembre 2003.R. Guastella, “Back to the future: Manchester Encoding”, EE Times, India, Febrero 2008.IEEE 802.3 Standard Part 3 – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access method and physical layer specification. USA.M. L. López, J. L. Ayala, “FPGA: Nociones Básicas e implementación”, Laboratorio de diseño microelectrónico, Universidad Politécnica de Madrid, Abril 2004.H. Wolff, “How QuickTurn is filling the gap”, Electronics, Vol. 63, No. 4, April 1990.S. Brown, J. Rose, “Architecture of FPGAs and CPLDs: A tutorial”, Universidad de Toronto.P. Ashenden, The VHDL Cookbook, Primera Edición, Universidad de Adelaide, Australia, Julio 1990.F. Pardo, VHDL Lenguaje para descripción y modelado de circuitos, Universidad de Valencia, España, Octubre 1997.R. Martin, “UML Tutorial: Finite State Machines”, Engineering Notebook Column, Junio 1998E. Gómez, D. Vargas, “Diseño de maquinas de Estado”, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia.LAN83C185 “High Performance Single Chip low power 10/100 Ethernet Physical Layer Transceiver (PHY)” Datasheet, SMSC, Diciembre 2008.Xilinx. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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