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Effizienzsteigerung eines Schicht-7-Protokolls zum Datenaustausch über Ethernet auf einem FPGA

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(2023)

Abstract

Zusammenfassung Am Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik (INT) besteht ein Messsystem für integrierte Schaltungen auf FPGA-Basis, bei der regelmäßig große Datenmengen übertragen werden müssen. Hierzu wurde in einer Vorgängerarbeit bereits eine Grundversion implementiert, welche eine zuverlässige Kommunikation zwischen dem FPGA-Board und einem PC über Gigabit-Ethernet ermöglicht. Jedoch liegt die Datenrate dieser Implementierung noch deutlich unter 1 Mbit/s. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Effi zienz des am INT entwickelten Schicht7 Protokolls zur Datenübertragung gesteigert. Dies geschah durch die Erweiterung des Protokolls um einen Burstmodus, welcher es ermöglicht, einen Ethernet Rahmen bestmöglich auszunutzen und so den Kommunikationsoverhead zu reduzieren. Hierzu mussten einige Komponenten neu entwickelt und andere stark angepasst werden. Ebenso wurde das Serverprogramm, welches die Schnittstelle zwischen einem Netzwerk und dem FPGA darstellt, sowie die grafi sche Benutzeroberfläche (GUI), die sich über ein Netzwerk mit dem Server verbinden kann, um diesen Burstmodus erweitert. Abstract At the Institute of Electrical and Optical Communications Engineering (INT), there is a measurement system for FPGA-based integrated circuits, where large amounts of data have to be transferred on a regular basis. For this purpose, a basic version has already been implemented in a previous work, allowing a reliable communication between the FPGA board and a PC, via Gigabit Ethernet. However, the data rate of this implementation is still significantly below 1 Mbit/s. Within the scope of this work, the efficiency of the layer 7 protocol for data transmission developed at INT has been increased. This protocol was extended by a burst mode, which enables the best possible utilization of an Ethernet frame and thus reduces the communication overhead. For this purpose, some components had to be newly developed and others strongly adapted. Also the server program, which is the interface between a network and the FPGA, as well as the graphical user interface (GUI), which connects to the server via a network, was extended by this burst mode.

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