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研究生：	林仁興 Lin, Jen-Hsing
論文名稱：	IEEE 1394與IEEE 802.3橋接器及其轉接卡之整合IP設計 IP Design of An Integrated IEEE 1394-802.3 Bridge-Adaptor
指導教授：	周哲民 Jou, Jer-Min
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2003
畢業學年度：	91
語文別：	英文
論文頁數：	101
中文關鍵詞：	橋接器
外文關鍵詞：	IEEE 1394, bridge, IEEE 802.3
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隨著電腦和消費性電子產品的發展，許多聰明的資訊家電出現在我們的家中。一個自動化、便利、舒適，就像在科幻電影中所看到的的夢幻家庭，在不久的將來就會成真。為了要管理我們家中的資訊家電，記錄並整合我們的使用習慣，共享某些資訊，以及提供種種的多媒體娛樂，我們需要建構家庭網路。

IEEE 1394和IEEE 802.3通訊協定很適合用來建構家庭網路。然而這兩種網路有許多的差異性，所以到目前為止尚未出現一個可以連接這兩種網路的橋接器。因此，我們設計了這個整合性IP，它可以提供橋接這兩種網路以及直接與這兩種網路通訊以管理它們的功能。這個IP內含路由表、位址對應表、1394鏈結層、802.3媒介存取層、以及PCI介面。在這篇論文的最後，我們會使用verilog硬體描述語言來實現這個IP，做波形模擬，並將它下載到Xilinx VertexII xcv2v6000-4這塊FPGA上。

With the evolution of computer and consumer electric products, so many smart information appliances are appear in our house. A fantasy house which is automatic, convenient, and comfortable, just like what we see in a science movie, will be true soon in the future. In order to management all these information appliances in our house, record and integrate our habits, share some information, and offer many kinds of multimedia entertainments, it is necessary to construct a home network.

IEEE 1394 and 802.3 protocol are very suitable to construct home networks. However, these two protocols have so many differences, so there is not yet any bridge which is designed to connect these two networks. For these reason, we have developed this Integrated IP which could offer the function to bridge these two networks and to communicate directly with these two networks for managing them. This IP will include routing table, address mapping table, 1394 link layer, 802.3 MAC layer, and PCI interface. At the last of this thesis, we implement this IP with verilog HDL code, simulate it, and download it on Xilinx VertexII xcv2v6000-4 FPGA.

Chapter 1 Introduction… … … … … … … … … … .… … … … … … … … … 1
1 Introduction of Home Network… … … … … … … … … … … … … … …1
2 The Goal of This Thesis… … … … … … … … … … … … … … … … … 3
3 Outline of this thesis… … … … … … … … … … … … … … … … … …4
Chapter 2 Introduction of IEEE 1394… … … … … … … … … … … … … 5
1 Key Features of IEEE 1394… … … … ...… … … … … … … … … … …5
2 The Architecture of IEEE 1394… … … … … … … … … … … … … … 7
2.1 Node and Module Architectures of IEEE 1394… … … … … … …7
2.2 The Topology of IEEE 1394… … … … … … … … … … … … … … … 8
2.3 The addressing of IEEE 1394… … … … … … … … … … … … … … 9
2.4 IEEE 1394 Protocol Architecture… … … … … … … … … … … … 10
3 The Link Layer of IEEE 1394… … … … … … … … … … … … … … … …12
3.1 Packet Format of Link Layer in IEEE 1394 Bus… … … … … … 13
3.2 Retries of Link Layer in IEEE 1394 Bus… … … … … … … … … 16
3.3 The Asynchronous arbitration of IEEE 1394 Bus… … … … … …17
3.4 The Isochronous arbitration and the Cycle Structure of IEEE 1394 Bus… 19
Chapter 3 Introduction to IEEE 802.3 MAC Layer… … … … … … … … 20
1 Introduction… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 20
2 Media Access Control Frame structure… … … … … … … … … … … 20
2.1 MAC frame format… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 21
2.2 Elements of the MAC frame… … … … … … … … … … … … … … … … 21
2.2.1 Preamble field… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 21
2.2.2 Start Frame Delimiter (SFD) field… … … … … … … … … … …22
2.2.3 Address fields… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 22
2.2.3.1 Address designation… … … … … … … … … … … … … … … ...23
2.2.3.2 Destination Address field … … … … … … … … … … … … … 23
2.2.3.3 Source Address field… … … … … … … … … … … … … … … ..24
2.2.4 Length/Type field… … … … … … … … … … … … … … … … … … …24
2.2.5 Data and PAD fields… … … … … … … … … … … … … … … … … …24
2.2.6 Frame Check Sequence (FCS) field… … … … … … … … … … … 25
3 Invalid MAC Frame… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …26
4 Media Access Control Operation… … … … … … … … … … … … … … 27
4.1 Normal Transmission Operation without Collisions… … … … 27
4.2 Normal Reception Operation … … … … … … … … … … … … … … …29
4.3 Access Collision and Recovery… … … … … … … … … … … … … …31
Chapter 4 Integrated 1394-802.3 Bridge-Adaptor IP Design… … … 33
1 Architecture… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 33
2 1394 Link Layer… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …35
2.1 Description of Function Blocks in 1394 Link Layer… … … …35
2.2 Circuit Design of 1394 Link Layer… … … … … … … … … … … …38
2.2.1 Circuit Design of 1394 Receiver… … … … … … … … … … … …38
2.2.2 Circuit Design of 1394 Transmitter… … … … … … … … … … 38
2.2.3 Circuit Design of CRC Generator and Checker module… … 39
2.2.4 Circuit Design of Forwarding Controller… … … … … … … …44
3 802.3 MAC Layer… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …44
3.1 Description of Function Blocks in IEEE 802.3 MAC Layer… 44
3.2 Circuit Design of 802.3 MAC Layer… … … … … … … … … … … …46
3.2.1 Circuit Design of 802.3 Receiver… … … … … … … … … … … 46
3.2.2 Circuit Design of 802.3 Transmitter… … … … … … … … … …47
3.2.3 Circuit Design of CRC checker and generator… … … … … …47
3.2.4 Circuit Design of Forwarding Controller… … … … … … … …48
4 Packet Transformation… … … … … … … … … … … … … … … … … … …48
4.1 Method of Packet Transformation… … … … … … … … … … … … …48
4.2 Circuit Design of Function Blocks in Packet Transformation… …53
5 Circuit Design of Asynchronous FIFO… … … … … … … … … … … …56
Chapter 5 The Interface Design… … … … … … … … … … … … … … … … 60
1 The Input and Output Ports… … … … … … … … … … … … … … … … 60
2 Circuit Design of PHY- Link Interface (1394 stand Annex J)62
3 Circuit Design of Media Independent Interface (MII) Specification of IEEE
3… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …67
4 Circuit Design of PCI Portal… … … … … … … … … … … … … … … 68
4.1 Circuit Design of PCI Initiator… … … … … … … … … … … … …69
4.2 Circuit Design of PCI Target … … … … … … … … … … … … … …70
Chapter 6 Simulation Result… … … … … … … … … … … … … … … … … …72
1 The Function Simulation of IEEE 1394 Adaptor… … … … … … … 72
1.1 The Receive Function Simulation of IEEE 1394 Adaptor… … 72
1.2 The Transmit Function Simulation of IEEE 1394 Adaptor… …74
2 The Function Simulation of IEEE 802.3 Adaptor… … … … … … …76
2.1 The Receive Function Simulation of IEEE 802.3 Adaptor… …77
2.2 The Transmit Function Simulation of IEEE 802.3 Adaptor… 78
2.2.1 Transmit A Frame Without Collision Detected… … … … … …78
2.2.2 Transmit A Frame With Collision Detected… … … … … … … 80
3 The Function Simulation of 1394-802.3 bridge… … … … … … … 81
3.1 Packet Transformation And Routing From 1394 Network To 802.3
Network… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 81
3.1.1 Receive a 1394 Packet with Destination ID is Equal to Host ID.… 82
3.1.2 Receive a 1394 Packet with Destination ID is not Recorded in
Routing Table… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ...83
3.1.3 Receive a 1394 Packet with Destination ID is Recorded in Routing
Table… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .84
3.1.4 Receive a 1394 Packet with Destination ID Equal to the Source
Address of a 802.3 Frame Received Before… … … … … … … … … … … … .89
3.2 Packet Transformation and Routing from 802.3 Network to 1394
Network… … … … ...… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .… … 89
3.2.1 Receive a 802.3 Frame with Destination Address is Equal to Host
Address… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .89
3.2.2 Receive a 802.3 Frame with Destination Address is not Recorded in
Routing Table… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ...90
3.2.3 Receive a 802.3 Frame with Destination Address is Recorded in
Routing Table… … … .… … … … … … … … … … … … … … … … … … ...… ...92
3.2.4 Receive a 802.3 Frame with Destination Address Equal to the
Source ID of a 1394 Packet Received Before… … … … … … … … … … … ..93
4 The MAC IP Implementation Report on Xilinx VertexII xc2v6000-4… … … … ...96
Chapter 7 Conclusion and Future Work… … … … … … … … … … … … … 98
                                    

[1] IEEE 802.3 CSMA/CD (ETHERNET) Homepage(http://grouper.ieee.org/groups/802/3/index.html)
[2] IEEE P802.3z Gigabit Task Force Homepage(http://grpuer.ieee.org/groups/802/3/z/index.html)
[3] IEEE P1394.1 High performance Serial Bus Bridges Homepage(http://grouper.ieee.org/groups/1394/1/index.html)
[4] IEEE Std. 1394-1995, IEEE Standard for a High Performance Serial Bus, December 1995.
[5] IEEE Std. 1394a-2000, IEEE Standard for a High Performance Serial Bus – Amendment 1 , March 2000.
[6] IEEE Std. 802.3, 2000 Edition, 2000.
[7] Information technology-Microprocessor systems –Control and Status Registers (CSR) Architecture for microcomputer buses, IEEE 1212 standard, 1994
[8] P1394.1 Draft 1.03, P1394.1 Draft Standard for High Performance Serial Bus Bridges, August 2002.
[9] PCI Special Interest Group, “PCI Local Bus Specification Revision2.2,” , December 1998.
[10] TSB12LV01B data sheet, “IEEE 1394-1995 High speed Serial Bus Link Layer Controller”, Texas Instrument Company, America.
[11] TSB12LV21BPGF data sheet, “PCILynx 1394 to PCI Bus Interface”, Texas Instrument Company, America.
[12] TSB12LV01B/TSB41AB3 Reference Schematic (Rev. A), Texas Instrument Company, America.
[13] TSB41AB3 data sheet, “IEEE 1394a Three-Port Cable Transceiver/Arbiter”, Texas Instrument Company, America.
[14] M. Bertacchi, D. Grosso, A. De Gloria, and M. Olivieri, “Semicustom Design of an IEEE 1394-compliant Reusable IC Core”, IEEE Design & Test of Computers, Volume: 17 Issue: 3, July-Sept. 2000, Page(s): 95 –105
[15] Y. C. Chen and J. M. Jou, “The Design of An Integrated MAC IP for IEEE 1394 and Eternet,” Department of Electrical Engineering Nation Cheng Kung University Tainan, Taiwan, R.O.C. Thesis for Master of Science, July 2000.
[16] T. Igarashi, K. Hayakawa, T. Nishimura, T. Ozawa, and H. Takizuka, “Home Network File System for Home Network based on IEEE-1394 Technology”, Consumer Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 45 Issue: 3 , Aug. 1999, Page(s): 1000 –1003
[17] A. Light, R. Bloks, “Delivering Digital Video Over IEEE 1394”, Consumer Electronics, 1997. Digest of Technical Papers. ICCE., International Conference, Page(s): 334 –335
[18] C. Lee, J. Jang, E.K Park, and S. Makki, “An Analysis of the Performance of TCP over IEEE 1394 Home Networks”, Computer Communications and Networks, 1999. Proceedings. Eight International Conference on, 1999, Page(s): 199 –203
[19] M. Maki, S. Hamada, M. Tokuda, Y. Shimoshio, N. Kuwabara, “Home Information Wiring System using UTP cable for IEEE1394 and Ethernet systems”, Consumer Electronics, IEEE Transactions on , Volume: 47 Issue: 4 , Nov. 2001, Page(s): 921 –927
[20] R.C. Norris and D.M. Miller, , “Comparing the performance of IP over Ethernet and IEEE 1394 on a Java platform”, Communications, Computers and signal Processing, 2001. PACRIM. 2001 IEEE Pacific Rim Conference on , 2001, Page(s): 481 -484 vol.2
[21] Y. Niwa, T. Akai, S. Masunaga, and S. Okawa, "Development of a 1394 bridge system based on P1394.1", in Proceedings of 2000 International Consumer Electronics Conference, pp. 204-205, June 2000.
[22] G. N. Pham and K. C. Schmitt, “A High Throughput, Asynchronous, Dual Port FIFO Memory Implemented in ASIC Technology,” Second Annual IEEE ASIC Seminar and Exhibit, pp, 1989.
[23] P. G. Prasad, “Validation of a Link Layer Synthesizable Core - a prototyping case studying”, 11th International Workshop on Rapid System Prototyping, pp. 208-213, 2000.
[24] M. Scholles, K. Frommhagen, L. Kleinmann, P. Nauber, and U. Schelinski, “IEEE 1394 "FireWire" System Design for Industrial and Factory Automation Applications”, Emerging Technologies and Factory Automation, 2001. Proceedings. 2001 8th IEEE International Conference on , Volume: 2 , 2001, Page(s): 627 -630 vol.2
[25] Michael Sprachmann, “Automatic Generation of Parallel CRC Circuits”, IEEE Design & Test of Computers, Vol. 18, No. 3, pp. 108-114, May/June 2001.
[26] 黃能富, ”區域網路與高速網路”，維科出版社，1998年6月
[27] 羅崑崙，朱習悅譯， “PCI 系統架構” 碁峰資訊，2000年11月

2003-08-22公開

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