基于FPGA的光纤通信接口设计毕业设计开题报告

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1、中北大学毕 业 设 计 开 题 报 告学 生 姓 名 ： 学 号 ：学 院 ：信息与通信工程学院专 业 ：电子信息工程设 计 (论 文 )题目 ：基于FPGA的光纤通信接口设计指 导 教 师 : 2014 年 3 月 29 日毕 业 设 计 开 题 报 告1 选 题 依 据 ： . 课 题 设 计 的 背 景 、 目 的 和 意 义FPGA（ 现 场 可 编 程 门 阵 列 ） 有 着 单 片 机 和 DSP无 法 比 拟 的 优 势 。 FPGA的 时 钟 频率 高 ， 内 部 时 延 小 ： 全 部 的 控 制 逻 辑 都 可 由 硬 件 完 成 ， 速 度 快 ， 效 率 高 ， 适 于

2、 大 数 据 量的 高 速 传 输 控 制 ： FPGA的 组 成 形 式 灵 活 ， 而 且 可 集 成 外 围 控 制 ， 译 码 和 接 口 等 各 种 电路 。 FPGA 是 一 种 具 有 丰 富 的 可 编 程 OI / 引 脚 的 可 编 程 逻 辑 器 件 。 具 有 时 钟 频 率 高 ， 内部 时 延 小 ， 运 行 速 度 快 ， 组 成 形 式 灵 活 的 特 点 ， 并 能 够 控 制 较 为 复 杂 的 外 围 器 件 。 可 以解 决 电 路 系 统 小 型 化 ， 低 功 耗 ， 高 可 靠 性 过 程 中 遇 到 的 问 题 ， 因 此 FPGA成 为 目 前

3、 高 性能 数 据 采 集 系 统 主 要 使 用 的 控 制 芯 片 。光 纤 收 发 器 与 FPGA技 术 相 结 合 的 方 案 是 现 在 光 纤 通 信 系 统 的 主 流 解 决 方 案 。 目前 ， 在 超 高 速 光 纤 通 信 中 还 多 采 用 专 用 的 ASIC 芯 片 ， 但 最 近 各 FPGA产 商 也 相 继 推 出了 40Gbps， 4xGbps,100Gbps和 1010x Gbps等 FPGA芯 片 ， 使 基 于 FPGA超 高 速 光 纤 系统 的 实 现 成 为 可 能 。 FPGA的 可 编 程 特 性 ， 具 有 ASIC 芯 片 无 法 比

4、拟 的 优 越 性 ， 所 以 基于 FPGA的 光 纤 通 信 有 很 大 的 现 实 意 义 。 . 国 内 外 发 展 现 状1.2.1 光 纤 通 信 技 术光 纤 通 信 的 诞 生 与 发 展 是 电 信 史 上 的 一 次 重 要 革 命 。 近 几 年 来 ， 随 着 技 术 的 进 步 ，电 信 管 理 体 制 的 改 革 以 及 电 信 市 场 的 逐 步 全 面 开 放 ， 光 纤 通 信 的 发 展 又 一 次 呈 现 了 蓬 勃发 展 的 新 局 面 。 光 纤 通 信 作 为 一 门 新 兴 技 术 ， 其 近 年 来 发 展 速 度 之 快 ， 应 用 范 围 之

5、 广 是通 信 史 上 罕 见 的 ， 也 是 世 界 新 技 术 革 命 的 重 要 标 志 ， 同 时 也 是 未 来 信 息 社 会 中 各 种 信 息的 主 要 传 送 工 具 。 光 纤 通 信 是 现 代 通 信 网 的 主 要 传 输 手 段 ， 它 的 发 展 历 史 只 有 三 四 十 年 ，已 经 历 三 代 。 短 波 长 多 模 光 纤 ， 长 波 长 多 模 光 纤 和 长 波 长 单 模 光 纤 是 光 纤 通 信 史 上 的 重大 变 革 ， 美 ， 日 ， 英 ， 法 等 多 个 国 家 已 宣 布 不 再 建 设 电 缆 通 信 线 路 ， 而 致 力 于 发

6、 展 光 纤通 信 。 中 国 光 纤 通 信 已 进 入 普 及 阶 段 。 光 通 讯 是 通 讯 发 展 的 必 然 方 向 ， 光 纤 通 信 就 是 利用 光 波 作 为 载 波 来 传 送 信 息 ， 而 以 光 纤 作 为 传 输 介 质 实 现 信 息 传 输 ， 达 到 通 信 目 的 的 一种 最 新 通 信 技 术 。 通 信 的 发 展 过 程 是 以 不 断 提 高 载 波 频 率 来 扩 大 通 信 容 量 的 过 程 ， 光 频作 为 载 频 已 达 到 通 信 载 波 频 率 的 上 限 ， 光 是 一 种 频 率 极 高 的 电 磁 波 ， 因 此 用 光 作

7、 为 载 波进 行 通 信 容 量 极 大 ， 是 过 去 通 信 方 式 的 千 百 倍 ， 具 有 极 大 的 吸 引 力 ， 光 通 信 是 人 们 早 就追 求 的 目 标 ， 也 是 通 信 发 展 的 必 然 方 向 。 对 光 纤 通 信 而 言 ， 超 高 速 度 ， 超 大 容 量 和 超 长距 离 传 输 一 直 是 人 们 追 求 的 目 标 ， 未 来 的 告 诉 通 信 网 将 是 全 光 网 。 全 光 网 是 光 纤 通 信 技术 发 展 的 最 高 阶 段 ， 也 是 理 想 阶 段 .传 统 的 光 网 络 实 现 了 节 点 间 的 全 光 化 ， 但 在

8、网 络 节点 处 仍 采 用 电 器 件 ， 限 制 了 目 前 通 信 网 干 线 总 容 量 的 进 一 步 提 高 。 因 此 ， 真 正 的 全 光 网已 成 为 一 个 非 常 重 要 的 课 题 ， 全 光 网 络 也 是 人 们 不 懈 追 求 的 梦 想 。1.2.2 FPGA的 发 展 历 程20实 际 60年 代 中 期 ， TI 公 司 大 量 生 产 了 通 用 IC ， 如 分 别 面 向 商 用 和 军 用 的 74系列 和 54系 列 。 这 些 通 用 IC 甚 至 沿 用 至 今 ， 任 是 电 子 工 程 师 门 电 路 板 上 不 可 或 缺 的 一 部分

9、 。 20世 纪 80年 代 ， 出 现 了 可 编 程 逻 辑 器 件 （ PLD） ， 如 SPLD和 CPLD， 它 们 与 ASIC相 比 ， 具 有 可 重 配 置 性 和 较 短 的 开 发 时 间 ， 但 实 现 的 功 能 和 电 路 都 相 对 简 单 。 为 了 弥 补这 一 需 要 Xilinx 公 司 推 出 了 第 一 块 可 编 程 逻 辑 器 件 )(FPGA ， 并 且 在 其 后 的 几 十 年 间 ，FPGA得 到 了 巨 大 的 发 展 。1.2.3 HDLVeri log 的 产 生 和 发 展HDLVeri log 是 硬 件 描 述 语 言 的 一

10、种 ， 用 于 数 字 电 子 系 统 设 计 。 该 语 言 允 许 设 计 者进 行 各 种 级 别 的 逻 辑 设 计 ， 进 行 数 字 逻 辑 系 统 的 仿 真 验 证 ， 时 序 分 析 ， 逻 辑 综 合 。 它 是目 前 应 用 最 广 泛 的 一 种 硬 件 描 述 语 言 。HDLVeri log 是 在 1983 年 由 GDA公 司 的 Phil Moorby首 创 的 。 Phil Moorby后 来成 为 XLVeri log 的 主 要 设 计 者 和 Cadence公 司 的 第 一 个 合 伙 人 。 在 1984 至 1985 年 ，Moorby设 计 出

11、 了 第 一 个 名 为 XLVeri log 的 仿 真 器 ； 1986 年 ， 他 对 HDLVeri log 的 发 展又 作 出 了 另 一 个 巨 大 贡 献 ， 即 提 出 了 用 于 快 速 门 级 仿 真 的 XL算 法 。 随 着 XLVeri log 算法 的 成 功 ， HDLVeri log 语 言 得 到 迅 速 发 展 。 2001 年 3 月 ， logVeri IEEE 1364 2001标 准 的 公 布 ， 以 及 2005 年 10 月 System logVeri IEEE 800 2005 标 准 的 公 布 ， 使 得logVeri 语 言 在 综

12、 合 ， 仿 真 验 证 和 IP模 块 重 用 等 性 能 方 面 都 有 大 幅 度 的 提 高 ， 更 加 拓 宽了 logVeri 的 发 展 前 景 。logVeri 适 合 系 统 级 ， 算 法 级 ， 寄 存 器 传 输 级 ， 逻 辑 级 ， 门 级 ， 电 路 开 关 级 设 计 ，而 System logVeri 是 logVeri 语 言 的 扩 展 和 延 伸 ， 更 适 用 于 可 重 用 的 可 综 合 IP和 可 重 用 的验 证 用 IP设 计 ， 以 及 特 大 型 基 于 IP的 系 统 级 设 计 和 验 证 。1.3 参 考 文 献 1郭 玉 斌 .光

13、 纤 通 信 技 术 M.西 安 ： 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社 ， 2008 2孙 学 康 ， 张 金 菊 .光 纤 通 信 技 术 M.北 京 ： 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 ， 2004 3蒋 文 波 等 .光 纤 通 信 技 术 的 发 展 研 究 J.光 子 技 术 ， 2006， 3（ 11） ： 123145 4夏 宇 闻 .Verilog数 字 系 统 设 计 M 北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ， 2008 5 5吴 厚 航 深 入 浅 出 玩 转 FPGAM 北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ， 2010

14、 2 6徐 文 波 , 田 耘 Xilinx FPGA开 发 实 用 教 程 M 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 ， 2012 7王 磊 ， 裴 丽 . 光 纤 通 信 的 发 展 现 状 和 未 来 J.中 国 科 技 信 息 ， 2006， 3(4) 8何 淑 贞 ， 王 晓 梅 . 光 通 信 技 术 的 新 飞 跃 J. 网 络 电 信 ， 2004， 11(2) 9辛 化 梅 ， 李 忠 . 论 光 纤 通 信 技 术 的 现 状 及 发 展 N. 山 东 师 范 大 学 学 报 ,2003-4-1 10李 超 . 浅 谈 光 纤 通 信 技 术 发 展 的 现 状 与 趋

15、势 N. 沿 海 企 业 与 科 技 ， 2007-7 11齐 亮 .基 于 FPGA的 光 纤 通 信 系 统 偏 振 模 色 散 自 适 应 均 衡 器 的 设 计 J.电 路 与 系统 学 报 ， 2011， 13（ 2） ： 2-3毕 业 设 计 开 题 报 告 设 计 方 案 ： . 本 设 计 的 主 要 研 究 内 容光 纤 通 信 可 以 实 现 设 备 间 的 高 速 远 距 离 通 信 ， 在 信 号 处 理 及 通 信 系 统 中 得 到 了 广 泛的 应 用 ， 而 现 代 高 性 能 FPGA的 内 部 大 多 集 成 有 可 以 实 现 与 光 纤 收 发 模 块

16、无 缝 连 接 的 高速 数 据 收 发 器 。 因 此 利 用 FPGA的 高 速 数 据 收 发 器 和 光 纤 收 发 模 块 可 以 构 建 快 速 数 据 传输 通 道 ， 已 成 为 实 时 信 号 处 理 系 统 设 计 中 数 据 传 输 的 重 要 手 段 。 本 设 计 课 题 在 了 解 光 纤传 输 基 本 概 念 及 特 点 的 基 础 上 基 于 FPGA的 高 速 数 据 收 发 器 设 计 高 速 数 据 通 信 接 口 电路 ， 并 设 计 相 关 软 件 及 传 输 协 议 ， 调 试 验 证 高 速 光 纤 通 信 电 路 设 计 的 正 确 性 ， 为 高 速 光纤 通 信 的 进 一 步 应 用 提 供 设 计 参 考 。2.1.1光 纤 通 信 的 基 本 原 理光 纤 通 信 是 利 用 光 作 为 信 息 载 体 、 以 光 纤 作 为 传 输 的 通 信 方 式