1、本論文的內容是EPA(Ethernet for PlantAutomation)控制芯片的研究與設計. 商用以太網(wǎng)具有通信帶寬大，通用性和一致性好等優(yōu)點，但受限于其在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用的算法，傳統(tǒng)以太網(wǎng)無法滿足工業(yè)控制中最為關心的實時性要求。EPA協(xié)議正是在這樣的背景下，由浙江大學、浙江中控技術有限公司等單位聯(lián)合成立的標準起草工作組，經(jīng)過3年多的技術攻關，提出的基于工業(yè)以太網(wǎng)的實時通信控制系統(tǒng)解決方案.該標準已經(jīng)被列為實時以太網(wǎng)

2、應用行規(guī)國際標準之一。 EPA控制芯片旨在將EPA協(xié)議中應用層以下的所有較固定的功能以硬件芯片的形式實現(xiàn)出來.基于該芯片，設備制造商們可以集中精力開發(fā)設備在應用層中的功能，不需要重復開發(fā)設備通信鏈路上的功能模塊，從而大大減少了設備的開發(fā)成本，這對我國在工控領域首個國際標準的推廣具有及其深遠的意義. 本文按照數(shù)字專用集成電路的標準設計流程，依次描述了EPA控制芯片的系統(tǒng)級設計、模塊的邏輯設計與仿真驗證、FPGA驗證和芯片測

3、試及結果分析。其中重點包括：從實踐中總結出來的邏輯設計基本理論、芯片系統(tǒng)設計需要考慮的因素、EPA芯片中發(fā)送緩沖區(qū)內存管理模塊的設計及結構優(yōu)化、ARP(Address Resolution Protoco1)地址解析協(xié)議的實現(xiàn)、PTP(Precise Time Protoco1)時間同步協(xié)議的同步精度分析及驗證、EPA控制芯片的FPGA驗證等內容. EPA控制芯片的FPGA實現(xiàn)能夠穩(wěn)定運行，所有設計的功能通過了驗證，證明了邏輯設

4、計的正確性.測試過程在自建的虛擬EPA網(wǎng)絡中進行，使用到了自行編寫的Visual Basic(VB)測試程序及Ethereal等網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包抓取工具. 芯片在中芯國際(SMIC)0.18um工藝上流片，采用QFP80形式的封裝。芯片的基本功能測試結果與FPGA實現(xiàn)的測試結果相同，但在從FPGA實現(xiàn)到ASIC實現(xiàn)的轉換過程中，因兩者的FIFO實現(xiàn)出現(xiàn)不一致使得芯片的部分功能不正確。本文從邏輯設計基本方法的角度分析的問題產(chǎn)生的根源，并

5、提出了在以后流片中避免出現(xiàn)類似錯誤的策略。 本論文的主要創(chuàng)新點包括：第一，獨創(chuàng)性地提出了邏輯設計的一種基本方法：將邏輯設計分解為信息的表達和信息的傳遞兩部分，該方法源于實踐，也在實踐中得到驗證；第二，在EPA芯片的發(fā)送緩沖設計中，提出了適合硬件實現(xiàn)的、基于頁的非連續(xù)內存分配算法，并通過對比實驗證明了該算法在內存使用效率上的優(yōu)越性；第三，理論分析了在EPA協(xié)議這一特殊環(huán)境下，PTP同步精度的影響因素，提出了提高同步精度的方法，最后