电视技术杂志文章格式

/ IPTV网络测试仪中以太网控制器的设计与实现标题字数应控制在20字以内。＊国家新一代宽带无线移动通信网重大专项（2009ZX03002-009）；标题字数应控制在20字以内。国家新一代宽带无线移动通信网重大专项（2009ZX03002-009）；国家“863”重大专项（G2009-09)张三,李四，王五六(重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室，重庆4０00６５）摘要：针对ＩPTＶ网络的监测与维护，结合目前网络的快速演进,在综合考虑业务发展和运营商实际需求的基础上,设计了IPＴV网络测试仪中的以太网控制器,对仪表的系统架构、以太网控制器的算法与链路层提取指标等进行了阐述,并通过FPＧA对其进行仿真及验证，结果证明，此方案设计具有高度的可靠性和稳定性，在ＩＰTV网络测试仪中得到了良好的应用.摘要的撰写需直入主题，不用写背景知识，也不用基本知识的介绍。字数应满足100~250字。摘要的撰写需直入主题，不用写背景知识，也不用基本知识的介绍。字数应满足100~250字。关键词：至少应保证3个关键词。IPＴV；以太网控制器;FPGA至少应保证3个关键词。【中图分类号】TN949．6参考《中国图书馆分类法》，尽量选择TN开头的分类号。【文献标识码】B参考《中国图书馆分类法》，尽量选择TN开头的分类号。ImplｅmentａtionanｄDｅｓiｇnofEｔheｒｎetＣontrolleronIPTVNｅtｗoｒkTeｓｔeｒZHANGSan，LIＳi，ＷANＧWu-ｌiｕ（ＫeyLabｏｒatoｒyｏnComｍｕnicａｔionNetworｋｓａｎdTesｔiｎgTｅchnology,ChonｇqingUniｖｅrsｉｔｙｏfPostｓandＴelecｏｍmｕｎiｃaｔioｎs,Chonｇqing４000６5，Chｉna）Abstraｃt:ＩnｖiewoftｈemonitoｒｉｎgandmaiｎteｎanceonIPTVneｔｗork,togeｔherwitｈthｅrapiｄeｖｏlutionｏftｈeｎｅｔwork,tｏcaterｔotheｒeqｕireｍeｎｔoｆthｅｓerviｃｅｅｖolutｉonandtheprｏviders'reality，thｅEtｈerｎetcontrollerofIPTVnｅtwoｒｋｔｅsteｒiｓdeｓignｅdinｔhiｓpaｐer.Ａnｄtｈen,tｈｅａrchiｔeｃtuｒｅofthetesｔerisdｅscriｂeｄ，theaｌgorithｍａnｄindiｃaｔorｓextraｃtionoftheEtｈernetcontｒolleｒareaｎalyzed.Meａnwhile，tｈesimulationandveｒificationarealsｏｇiveｎbasedonＦPGA。Thesｉmulatiｎgresuｌtsprｏｖｅthａｔthedeｓｉgnhasｒｅliabｉlity，stａbilityandgoodapｐｌicaｔiｏnsintｈeＩＰTVnetwoｒktesｔｅr。英文摘要应与中文相对应，且使用一般现在时，尽量使用被动语态。英文摘要应与中文相对应，且使用一般现在时，尽量使用被动语态。Ｋeywｏrｄs：IPTV；Ｅｔｈｅrnetｃoｎtrｏｌler;FPGＡ１引言标题应层层标注。标题应层层标注。目前,在世界经济发展相对减缓的情况下,交互式网络电视(IＰTV）［１］所有参考文献的易用位置都要标出。作为三网合一的典型应用技术,其发展仍处于不断深入的趋势，其应用更是帮助通信产业在全球范围内逆流而上,不断发展.同时，ＩPTV作为一种利用宽带或有线电视网,集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的综合技术备受业界的广泛关注，对信息化和工业化的融合，对推动各国现代化的发展，特别是信息产业的发展起着至关重要的作用.所有参考文献的易用位置都要标出。IPTＶ业务是利用ＩＰ网络,把来源于电视传媒、影视制片公司、新闻媒体机构、远程教育机构等各类内容提供商的内容，通过IＰTＶ宽带业务应用平台（该平台往往不仅支持TＶ，也支持其他业务）整合，传送到用户个人电脑、机顶盒+电视机、多媒体手机(用于移动IPTＶ)等终端,使得用户享受IPTV所带来的丰富多彩的宽带多媒体业务内容。伴随着IPTV业务的不断深入开展,对于IPTV业务最后一公里维护与测试已成为亟待解决的问题，由此,IPTV网络测试仪应运而生。2总体架构IPTＶ网络测试仪主要应用于IＰTＶ业务最后一公里的线路开通和故障排查。目前，运营商集中发展的ＩPTV用户主要分两类:普通用户和大客户（如宾馆等).对于普通用户，IPTV业务的接入主要以ADSL为主，有少量的FTTx方式；对于大客户,IＰTV业务的接入主要以光纤接入到CＰE，然后通过以太网交换机分发到各个楼层。因此,IPTV网络测试仪必须同时支持这两种ＩＰTＶ业务的维护。当前的IPＴＶ承载线路[2—４］主要分两大类：第一类是xDSL线路,包括ADSL，ADSL+，ADSL2和AＤＳL２+,用于传输速率相对较低的场合；第二类是以太网线路,其速率从10～１０00Ｍｂit／s,主要用于传输高速数据。ＩPＴV网络测试仪主要针对xDＳＬ线路和以太网线路(10/100/1000(Ｍbiｔ/s）)的维护与测试,可以对线路指标及其承载的信息如视频质量等方面进行测试。仪表主要由ADSL接入、以太网接入、FPGA处理、STB处理、VoＩP处理、ＳＤ/SDHC卡、SＤRＡＭ、CPU控制、3.5in触摸屏以及电源管理部分组成（见如图1)。在系统总体设计时,考虑到FPGA可以提供以硬件为中心的可编程特性，在深度分组处理、软件可升级性、硬件可升级性及复杂分类查表等方面具有实时、高效、灵活的特点,且开发周期短，能够形成具有自主知识产权的内核，还可以最终形成自己的ASIＣ(ＡppliｃatｉonSpecificIntegratedCircuit)，因此在设计中选择FＰGA实现方案。如图1所示在图、表出现前，应有明确的文字指出。，FＰＧA处理部分包括:Ｕtopｉａ接口、ＡTM信元处理（ATＭ/ＩP协议转换）、MII接口、以太网MAＣ处理(MAC/ＩP协议转换)、IP处理及指标提取、CPU控制接口。在图、表出现前，应有明确的文字指出。图１IPTV网络测试仪系统架构图出现多篇图片应顺序编号，图下应标有图号和图题。出现多篇图片应顺序编号，图下应标有图号和图题。本文的工作重心为IPTＶ网络测试仪中以太网控制器的设计与实现，具体包含:ＭＩI/GＭII接口时序仿真;10／100/1000(Mbit/ｓ)以太网控制器算法设计与实现。3以太网控制器设计3.1算法设计在设计IＰＴＶ网络测试仪的以太网控制器［５—6］时，提出了两个关键性的算法思想：半字节定位法与调度控制算法。１）通过半字节定位法对１０/100(Mbｉt/s)以太网数据帧接收进行准确定位，计算并提取相应的链路层指标，而且能对帧长度进行有效的判断，提交上层处理或显示，并高效实现以太网协议与ＩＰ协议的转换。2）通过调度控制算法对ARＰ包、ＲARP包和IＰ包进行有效的调度和处理,并将主机分为只收、只发、收发和转发4种模式进行调度控制，识别不同模式,对其进行相应的处理和控制，实现ＩPＴＶ网络测试仪在以太网接入时的灵活运用。3。1．110/１0０(Mbit/s）以太网设计中，首先定义32位计数器Ｃouｎter_32（3２bit计数一次）,半字节寄存器ｏffseｔ（４bｉｔ计数一次)，目的MAＣ地址、源MAC地址、类型、数据和IP长度分别用ｄｅｓt_mac，ｓｏｕr_maｃ，type，ｄata和ＩP＿Ｌen表示。对于超长帧和超短帧用Couｎter_32指示与oｆｆseｔ偏移共同进行定位和计算.1）定位/计算公式设Kｃnｔ为32位计数，Ｉｃnt为8位计数，Jcｎｔ为4位计数,帧长为Frame_Ｌen。则基本式定义为Kｃnt=Jcｎｔ×８ﻩ ﻩﻩ ﻩﻩ(1)Ｉｃｎt=Jcnｔ×2 ﻩ ﻩﻩ ﻩﻩ（2)通过偏移定位计算得出（用程序语言表述）：（1）deｓt_maｃ定位，即ｆｒｏｍKｃnt=0＆＆Jｃｎｔ=０toKcｎt=１＆&Jcnｔ=3；（２)souｒ_mａc定位，即fｒoｍKcnt=1＆&Jcnt＝4ｔoKcnｔ＝２＆&Jcnｔ=７;(3）typｅ定位,即fromＫｃnt=3&＆Ｊcｎt＝0toKcnt=3&＆Jcｎt=３;(4）PPoｅ头定位,即ｆｒｏmＫcnｔ=3＆＆Jｃnt=４ｔoKcｎｔ=4&&Jｃnt=7;（5）IP＿Lｅn定位,即fromＫｃnｔ=5＆＆Jcnt＝４toKcnt＝5&＆Jcnt=７；（６）超短帧范围（单位为byte），即0<Kcnt＜16或0<Iｃｎt＜64；（７）超长帧范围，即Ｋｃnt*4+Jcｎt/2＞15１８或Icnt〉1518；（8）帧长计算（单位为bytｅ),即Fraｍｅ＿Lｅn=Ｋcnt*4＋Jcｎt/2；或Framｅ_Len=IP_Leｎ＋24。２）伪代码当接收到０xAB时,进入数据接收状态，3２位计数器ｃｏuntｅｒ32，4位计数器为offset,8位计数器counter8同时开始计数,通过这３个关键参数的计数和偏移对数据帧进行分析和处理,程序段如下:３．1.２１）数据调度控制当数据接收处于Rｅceiving状态，根据半字节定位法得到的类型指示ｔype，参照IEＥE802。3标准进行分析,若ｔype为0x0800，则此帧承载的净荷数据是IP数据包，调度至IP解析模块进行处理;若ｔype为0x0８06，则此帧承载的数据是ＡRP包，调度至ＡRP请求／应答模块进行处理；若typｅ为0x80３5，则此帧承载的数据是ＲＡRP包，调度至RARP请求/应答模块进行处理。通过此调度控制方式对ARＰ包、ＲARＰ包和IＰ包进行有效的调度和处理，以保证整个测试仪处于工作正常稳定的状态.2)主机模式调度控制在主机模式调度中，采用如图2所示的通信方式进行分类:①表示Ｒecv_Oｎｌｙ（只收模式)；②表示Ｓeｎd＿Ｏnly(只发模式)；①和③表示Ｆorwａrｄ（转发模式);④表示Send_Rｅcv（收发模式).在设计以太网控制器时将这４种模式进行合理的调度控制,通信过程中,首先识别该主机属于哪种模式，然后按照相应的处理方式对其进行处理和控制,实现ＩPTV测试仪在以太网接入时的灵活运用。在网络中,IＰTV网络测试仪处于桥接状态时，可为Forｗarｄ或Recv_Onlｙ模式;当仪表用作终端监控接收时(可替代机顶盒)，须为Ｒecv＿Onｌy模式；而当仪表处于自身或者链路测试状态时,如处于链路带宽、速率等测试过程中,主机则为Reｃｖ_Onlｙ或Sｅnd_Only模式。图2以太网中主机模式调度控制3。2设计方案以太网MAC控制器是FPGA设计的一个重要部分，主要分为1０/100/100０（Mbit/s）这3种接入方式。考虑到仪表的实际工作需求，由于工作频率不同以及芯片匹配度的问题，将其分为两种模式:１０/１00(Mbiｔ/s）模式和１000Ｍbit/s模式。在方案设计时，IPＴＶ网络测试中以太网MAＣ控制器由以下７个模块组成（见图3）：1）MII接口模块主要完成MIＩ接口时序仿真，并完成帧数据串并（并串）转换，10/１０0(Ｍbit/ｓ）的数据是4位,1００0Ｍbｉt/ｓ的数据是8位，帧接收时，为了后续处理方便以及高效,需将其串并转换为32位的并行数据；帧发送时,则进行并串转换操作,实现32位／４位或32位/８位之间的转换。２）接收／发送时钟同步模块主要解决ＰHY芯片接入的数据时钟与FPGA系统时钟的同步问题，本设计中利用双时钟的FIＦO实现接收和发送时钟同步。３）数据接收／发送模块：数据接收模块实现MAC帧接收判断和数据处理，如:错误统计，错误类型指示，参数提取，IＰ包提取，CRC校验等。数据发送模块实现CRC生成以及MAC帧封装。4)发送/接收接口模块负责与应用程序的交互，通过CPU进行交互。可以设置MAC的工作模式并读取MＡＣ的状态信息。该接口还可用于上层协议与MＡC之间的数据交换，如ＭAC地址，错误类型统计，错误计数等信息。本模块使用DPRAＭ进行数据交互。5)接收/发送缓存模块负责将MAC帧信息中的IP数据进行缓存，以保证模块之间通信无阻.防止数据丢失。6）调度控制模块负责对ARP/RARP的响应，设置调度控制模块是为了控制ARP和帧发送模块的优先级，若正在发送帧数据，就等待该帧发送完毕，立即发送ARＰ响应；若帧发送模块处于空闲状态,则直接发送ARP响应。７)AＲP/RARP模块主要负责ＡRP/RＡRP包的处理，包括以太网地址调换，IＰ地址调换以及操作字符修改等操作。图３以太网控制器设计方案本设计对数据接收和发送模块的功能实现都是采用状态机的方式。以数据接收模块为例,帧接收时，进入Idle_ｓtaｔe状态（见图4），若信号ＲX_DＶ信号为1,则开始接收数据,转入ＳＦＤ＿staｔe状态；若判断ＳFD=0xAＢ,则转入Receiviｎg状态，在此状态对MAC帧进行处理,CＲＣ校验，错误判断，错误指示，错误统计.待ＲX_ＤV信号为０时,接收结束并校验结束，直接进入Droｐ_State状态，无论判断结果是正确帧还是错误帧,都自动转入Idle_ｓｔａte状态，等待下一帧的接收和处理。图４MＡＣ接收状态转移图3.3链路层指标提取IＰTＶ网络测试仪中链路层的指标提取是以太网控制器设计必不可少的部分,用户可通过界面显示的MAＣ指标判断分析，并把握以太网接入的质量及情况.在本设计中，通过计算和分析后获取的指标为：MAC地址错误;类型错误；长度错误；CＲＣ错误;帧接收错误;ＥtｈerＲaｔe;ＭAC地址；超长帧和超短帧;接收字节数；接收帧总数;接收帧丢弃数;发送帧总数;发送字节数等。4ＦPGＡ仿真实现及验证本设计是基于QuartuｓII7.２进行仿真[7]验证的，采用的芯片是CyclｏneIIＩ系列的EP3C120F48４C7。为保证在设计的正确性和可靠性，由于工作频率不同，故对１0M／100M和4。1１０M/1０0M以太网控制器时序仿真10M/１00Ｍ以太网控制器的实现包含数据帧发送和数据帧接收,以及MII接口时序仿真，PHY芯片时钟为2５MHz,FＰＧＡ芯片时钟设为10０MHz。如图5所示为链路层收发环回（实现自发自收）时序仿真结果，发送的数据包中目的MＡC地址是0０１C25７0６5A9。图5中显示，收到的数据包中目的MAＣ地址与发送的一致，由此证明仿真结果正确图51０/100（Mｂit/s)收发环回时序仿真图(电脑截屏）４。2１０00Ｍbｉｔ/s以太网时序仿真100０Mbit/s以太网的实现也包含数据帧发送和数据帧接收，以及GMＩI接口时序仿真，芯片时钟为1２5MHz,ＦPGA芯片时钟设为1２5ＭＨｚ.PHY如图６所示为链路层收发环回(实现自发自收)时序仿真结果。发送的数据包中净荷类型是0８０0（承载的IP包）。图6中显示，从收到的数据包提取出的净荷类型是ＩP包,与设计预期结果完全一致,证明设计思路是正确可行的。图６10０0Mbｉt/s收发环回时序仿真本设计已在IPTV测试仪硬件电路上进行了实际测试。通过示波器观察，输出结果与预期结果基本吻合，其可靠性和正确性得到验证。5小结目前，该IPTV网络测试仪已应用于多省运营商，功能和性能指标得到广泛的认可。文中给出了IPＴＶ网络测试仪中以太网控制器的算法思想及ＦＰGA实现,该方案适用于10/100/１000（Mｂit／s)以太网接入模式,实现了以太网协议与IP协议之间的转换，设计中的MＡC核属于独立设计，并实现了全双工和半双工通信方式的自动识别,充分体现了该以太网控制器的稳定性与可靠性。参考文献:请尽量在参考文献中出现《电视技术》已刊登过的文章。请尽量在参考文献中出现《电视技术》已刊登过的文章。［1]严华.IPTＶ技术与发展探讨[Ｊ］。计算机应用，2０08（２）：５９-６1．[2］IEEＥ802.3，StandaｒdforＩnｆormatｉoｎtecｈｎology。Part3：（ＣＳＭＡ/CD）aｃcｅｓsmｅｔhodandｐhysicalｌaｙersｐecｉfiｃationｓ［S]。1997。[3]陈明。网络协议教程[M]。北京:清华大学出版社，2004．[4］ＢｏudecLJY，MerzR．ＤCC—ＭAC:aｄecenｔraｌizeｄＭＡCprotoｃoｌfoｒ８0２.１5.4a－lｉkeUWＢmｏbiｌｅaｄ-hocnetworｋsbasedondynａmiｃｃｈanneｌcodiｎg［Ｃ］／/ＰｒoceｅdinｇsofthｅＦirstIntｅrnaｔｉｏｎalConｆereｎceonBroadbandＮｅtｗorkｓ。[S．ｌ]:IEEＥPｒesｓ，2004:396-405。［5］赵永忠，兰巨龙，刘勤让.10Gbps线路接口设计分析与实现［J]．微电子学与计算机,2005，22（2)：１58-160。［6］许全泉，胡文江，苏里。基于ＦＰGＡ的以太网控制器设计［J].新特器件应用,2007，9（6）：21-2５。[７]AｌtｅｒaＣorporatiｏn.200５．QｕarｔｕsIIVerｓｉon5。1Haｎdbook[M］.ＱIＩ5V１-5。１。21—３O.200５。参文在文中的引用位置没有注明2、参考文献格式请做如下修改：参文在文中的引用位置没有注明2、参考文献格式请做如下修改：1）如果是标准，请按如下格式提供：标准号,标准名称[S].出版年份.2）如果是会议论文集中的文章，请按如下格式提供：作者.文章名[C]//Proc.会议名.开会地点：出版社,开会年份，卷（期）：起始页码-终止页码.3）如果是期刊上的文章，请按如下格式提供：作者.文章名[J].期刊名，出版年份，卷（期）：起始页码-终止页码.4）如果是科技报告，请按如下格式提供：报告撰写单位或个人名.报告名[R].出版地：出版社，发布年份.5）如果是图书，请按如下格式提供：作者.书名[M].