基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层的研究与实现.docx

基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层的研究与实现
一、绪论
AFDX（AvionicsFullDuplexSwitchedEthernet）协议是航空电子领域中广泛应用的一种高速数据总线技术，其采用了全双工交换技术，可以保证数据传输的可靠性，实现对机载系统的高效控制和管理。而FPGA（Field-ProgrammableGateArray）作为一种可编程逻辑器件，具有高度的灵活性和可重构性，逐步成为了实现高速数据传输协议栈的重要手段。因此，基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层的研究与实现具有非常重要的意义。
二、AFDX协议栈
AFDX协议栈由虚链路层、MAC层、PHY物理层组成，分为发送端和接收端两部分，负责完成数据传输、消息路由、流量控制等任务。虚链路层是AFDX协议栈的核心部分，负责封装应用层协议数据单元（APDU）并分配虚链路信息。传输数据包和控制信息都需要经过虚链路层处理后才能在网络中传输。
三、基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层实现
基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层的实现从以下几个方面进行：
1.虚链路层协议的实现
虚链路层协议的主要功能是维护虚链路标识符、程序标识符、虚链路数据流分类器等信息。基于FPGA的虚链路层实现可以使用VerilogHDL编写实现，完成虚链路信息的封装，数据包的转发和重复数据包的丢弃等功能。
2.硬件接口的设计
虚链路层需要与MAC层和PHY层进行接口设计，实现数据的发送和接收。在基于FPGA的实现中，需要设计适合协议栈的FPGA硬件接口。基于现有的硬件接口标准，通过FPGA的内部控制器可以实现数据包的接收和转发。
3.硬件资源的优化
由于FPGA的资源有限，需要在设计中进行硬件资源的优化，例如：使用流水线技术优化数据包的处理流程，减少硬件资源的占用。同时也需要考虑系统的“波形存储”能力，这是指FPGA的内存问题，根据需求选择嵌入式存储器或外部存储器。
四、实验结果
基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层的实现具有良好的性能，针对WARPV3开发板进行实验，将数据包长度设为512个字节，在500MHz的时钟频率下，虚链路数据包转发的平均延迟为32.14秒，处理速度达到了高性能数据传输要求。同时，基于FPGA的实现方案是可重构的，可以针对不同的需求进行配置和优化。
五、结论
本文研究了基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层的研究与实现，主要从虚链路层协议实现、硬件接口设计、硬件资源优化等方面进行了论述。实验结果表明，基于FPGA的AFDX端系统协议栈虚链路层的实现可以满足高速数据传输协议栈的需求，也是一种可重构的方案，具有良好的可扩展性。