论文开题答辩范文_学位论文开题报告（参考范文）
论文开题答辩范文_学位论文开题报告(参考范文)——研究生论文开题范文_论文开题报告_论文开题报告怎么写
电 子 科 技 大 学
( 硕 )士学位论文开题报告表
班 学 号：
姓 名：
论文题目：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx设计与实现
指导教师： xxxx
学科专业： xxxxx
所在学院： xxxxx学院
电子科技大学研究生院制表
2012年 12 月 5 日填
填 表 说 明
1.研究生须认真填写本表相关内容。
2.凡所列栏目填写不下的，可以另加附页。
3.本表采取双面复制(复印)，且保持原格式不变，纸张限用 A4(页边距为上、下：2.5cm, 左为2 .6cm,右为2 .1cm;字体为宋体小四，行间距为18磅。)，装订要整齐。
4.开题报告完成，此表经相关人员签字后，须交学院研究生教务秘书保存。
一、学位论文研究内容
班学号：xxxxxxxxxx
姓名：xx
入学时间：2011.09
学位论文题目
xxxxxxxxxxxxxxxxxx设计与实现
学位论文的课题来源： 1.纵向 2.横向 3.自拟√
学位论文类型： 1.基础研究 2.应用基础研究 3.应用研究√
学位论文研究内容
本论文的目标是将Gbit XXXXX协议栈的处理工作从服务器CPU上卸载下来，交给网卡(NIC)单独处理。在具有XXXXXxxx的网卡上有专门的处理器或硬件来完成协议处理，简化了整个XXXXX的处理路径，从而达到优化CPU和服务器I/O系统，提升网络传输速率的目的。
本文的主要研究内容
一、基于EDK平台的MAC核的Microblaze调用及验证网孔通信的实现
通过Xilinx EDK嵌入式开发套件中的Xilinx Platform Studio平台调用MAC IP核，添加好中断、定时器及其他IP核完成硬件电路的搭建，然后将硬件网络产生的网络表导入到Xilinx Software Development Kit平台中、通过编写网孔驱动进行网络通信测试。
二、基于Verilog语言及ISE的Gbit XXXXXxxx的硬件设计与实现，并调试完成通信功能
根据XXXXX通信协议，用Verilog语言合理建立状态机，模拟出Gbit XXXXX通信协议的全过程，并留出合理接口以正确调用MAC核，通过利用ModelSim对编写好的硬件进行仿真，以保证编写的硬件代码的合理性。
三、进行以Xilinx Spartan6为核心的硬件平台的调试
将第二步验证合理的硬件代码生成bit流，下载到Xilinx Spartan6开发板中,插上网线，通过收发数据包，并用在线信号抓取软件Chipscrop对输入输出数据进行抓取，通过分析数据时序对编写的硬件电路进行合理改动，最后用网速抓取软件对网孔处的网速进行测试，通过测试——调试程序——测试的流程以实现真正的Gbit XXXXXxxx(暂定参数：1Gbps网络通过XXXXXxxx处理后客户端能接收到的网速达到650M以上)。
二、学位论文研究依据
学位论文的选题依据和研究意义，以及国内外研究现状和发展态势(应有2000—3000字)，
主要参考文献。
选题依据
选题依据一：普通千兆网卡已经不能满足网络技术发展的要求
随着NAS、SAN、ISCSI(Internet SCSI)等技术的广泛应用，需要服务器的网络接口有更高的性能，以前网络速率的提升大多是通过软件方式实现的，但软件中的中断、数据复制、拷贝及调用增加了对CPU性能的需求，这不仅使CPU工作负担加重，而且在网速上降低了网络传输性能，普通千兆网卡已经不能满足日益发展的网络技术的要求。
选题依据二：硬件处理XXXXX 协议是减轻处理器负担的有效手段
传统上XXXXX协议栈是由服务器上的CPU处理的。而CPU随着网络传输速度超过1Gbps，CPU已经难担大量XXXXX协议处理的重负。失序包的重组，大量的内存拷贝和中断给主机的CPU增加了极大的负担。利用硬件来处理XXXXX 协议中的通信也将成为减轻处理器负担的有效手段。
选题依据三：Gbit XXXXXxxx硬件技术的优越性
Gbit XXXXXxxx的硬件技术将Gbit XXXXX协议栈的处理工作从服务器CPU上卸载了下来，交给网卡(NIC)处理，以减轻CPU和服务器I/O系统的XXXXX处理负担，提升CPU的工作效率和网络传输速率。
选题依据四：Gbit XXXXXxxx技术优化了网络协议
Gbit XXXXXxxx网卡接收到数据后，自动完成协议栈各层协议处理，将解封装后的TCP Segment提交给上层应用，发送过程相反。通过XXXXXxxx处理，中断和数据拷贝次数都会大大降低，CPU的负担也得到降低。
选题研究意义
本文设计思想所开发的Gbit XXXXXxxx技术如果成功，不但可以提高服务器网络接口的数据吞吐率，而且可以极大地降低服务器本身的CPU资源占用率和提升服务器整体性能。该技术的运用前景广泛，对国民生产和国防研究都具有深远的意义。
国内外研究现状和发展态势
当今网络已经成为人们生活中不可缺少的部分, 无论是互联网还是局域网, XXXXX 已经成为了最基本的协议。10/100M 以太网也已经成为最为普遍的网络接入方式, 而且网络正向着更高速的1000/10000M以太网方向发展。由于XXXXX 协议的应用面非常广泛, 如果得到全面应用的话。对于提高网络的效率也是非常可观的。SoC( System On Chip ) 系统[1]是指集成了处理器和一些定制的外围设备的芯片。在未来的网络中基于SoC 系统的产品连接而成的网络将越来越庞大, 因此完全可以在SoC 系统中实现XXXXX 的xxx, 减轻CPU 的负担, 从而加快网络的速度。
千兆网卡为计算机接入到千兆以太网提供了高速接口，但以目前的CPU主频速度来连接千兆以太网很难达到1Gbps的线速，而且CPU资源被大量消耗。根据Thumb定律，在没有直接内存存取(DMA)和I/O通道的情况下，每处理1bps的网络流量就需要1Hz的CPU周期。即要处理1Gbps网络带宽，就需要一个1GHz主频的CPU全负荷运行。虽然CPU性能每个月18就翻一番，但无法跟上网络速率每年增加10倍的速度。基于SoC( System On Chip ) 系统的XXXXXxxx(TOE)技术[2]，就是在这种背景下产生的。TOE技术不仅能CPU工作负担，而且能提升网络速率，它消除了服务器的网络瓶颈[3]。
普通网卡和主机之间是通过网卡驱动进行通信的，一般网卡将接收到的数据传到应用层要经历多次中断(如对CPU的硬中断、对接收进程的软中断)和多次数据拷贝(如DMA将数据包传到主机内存，应用通过系统调用将数据拷贝到用户空间)，数据路径较长[4]。利用TOE进行XXXXX卸载则简化了处理路径[5]。将TOE整个或部分协议XXXXX栈卸载到网卡中处理，绕过了主机CPU处理XXXXX协议的路径。在主机上安装了TOE的驱动后，内核空间的应用(各种网络服务)和用户空间的应用都可以直接与TOE 通信[6]。TOE网卡接收到数据后，自动完成协议栈各层协议处理，将解封装后的TCP Segment提交给上层应用，发送过程相反。通过TOE处理，中断和数据拷贝次数都会大大降低，CPU的负担也大大降低[7]。
Gbit XXXXXxxx的硬件设计与实现是将Gbit XXXXX协议栈的处理工作从服务器CPU上卸载下来，交给网卡(NIC)来处理[8]。在具有XXXXXxxx的网卡上有专门的处理器或硬件来完成协议处理，简化了整XXXXX的处理路径，从而优化CPU和服务器I/O系统[9]。
XXXXXxxx技术概念从兴起发展到现在，在国外，XXXXXxxx技术现在不再是一项前沿技术[10]，More Than Ip公司已经把该项技术做到很高水平，并且已经形成了多款产品，他们的产品目前也提供给很多知名公司使用，比如Xilinx，Alteral，Actel等[11]。其他有少数公司也紧随其后，相继开发出不同系列的XXXXXxxx芯片。但目前他们的芯片还没有真正在各大服务器商的服务器中应用，大多还处在试验阶段;然而，在国内，Gbit XXXXXxxx的硬件设计与实现尚是一个待发展的新兴领域[12]，国内对XXXXXxxx技术的认识大部分仍停留在学术研究上，高技术含量的论文目前仍处于真空状态，许多都是简单从理论上分析一些XXXXXxxx技术，应用研究上更是凤毛麟角[13]。到今天开始有少部分做XXXXXxxx技术的公司，而做出成绩的大部分也只是只限于做到MAC的仿真调通，真正实现XXXXXxxx技术并投入到市场应用的到目前还没有[14]。
随着我国互联网高速发展时代的到来，互联网中的NAS、SAN、 iSCSI(Internet SCSI)等技术的广泛应用，随着网络的普及化，上网的人群也越来越大，人们开始需要服务器的网络接口有更高的性能，当今普通千兆网卡已经不能满足要求[15]。XXXXXxxx(TOE)技术的发展迫在眉睫，只有实现TOE技术才能减轻了CPU和服务器I/O系统的XXXXX处理负担，才能消除了服务器的网络瓶颈、提升服务器网络传输效率，才能更好地满足不断增长的互联网络需求[16]。
主要参考文献
[1] Zhan Bokai,Yu Chengye. XXXXX Offload Engine(TOE) for an SoC system, 2005.
[2] Juan M. Sol á- Sloan, Isidoro Couvertier Ph.D. A Parallel XXXXX Offloading Framework for a XXXXX Offloading Implementation 2002.
[3] 高鹏，胡晓峰. TOE网络接口卡软件系统的设计. 计算机应用研究, 2006
[4] 周敬利，王志华. 基于XXXXXxxx的千兆网卡. 计算机工程, 2004, 04
[5] Eric Yeh, Herman Chao, VenuManne m, et al. Introduction to XXXXX offload engine . April 2002. http://www.10gea .org/SP0502IntroToTOE_F.pdf
[6] 夏鸿，程克非. 基于零拷贝技术的千兆网络性能优化研究. 计算机网络, 2010
[7] Products from the iReady & nationalse miconductor pa rt-nership. Offload White Paper. http://www.national.com/a p-pinfo/ne tworks/file s/white pa pe r1.pdf
[8] PBalaji, SNarra vula , KVaidyana than, etal. Sockets di-rect protocol over InfiniBand in Clusters: Is it Beneficia ln In ISPASS '04, 2004
[9] 王圣, 苏金树. TCP 加速技术研究综述. 软件学报, 2004,15 ( 11 )
[10] Tektronix Inc. RSA3408A 8GHz Real-Time Spectrum Analyzer User Manual.Tokyo: Tektronix Japan Ltd, 2005
[11] http://www.morethanip.com/
[12] 韩晓鑫. TCP协议的硬件结构设计与实现. 《上海交通大学》2008年硕士论文
[13] http://www.xilinx.com/
[14] DDS v5.0 Datasheet，Xilinx Inc. 2005
[15] Cascaded Integrator-Comb (CIC) Filter V3.0 Datasheet，Xilinx Inc. 2002
[16] Digital Receiver Handbook, Fourth Edition，Pentek Inc.1998
[17] DDR2 So-DIMM Datasheet，Hynix Inc. 2004
[18] Distributed Arithmetic FIR Filter V9.0 Datasheet，Xilinx Inc. 2002
[19] CORDIC v3.0 Datasheet，Xilinx Inc. 2004
[20] PXISA.PXI Hardware Specification Revision2.1.www.pxise.org, 2003
[22] Roland E.Best，Phase-locked Loops Design，Simulation，and Application，北京：清华大学出版社
[23] 周敬利，王志华，姜明华，徐漾，余胜生。基于XXXXXxxx的千兆网卡[J]. 计算机工程，2004,30(4):86-87
[24] 赵欣. 面向TCP加速的协议栈关键技术研究与实现. 《国防科学技术大学》2006年硕士论文
三、学位论文研究计划及预期目标
1.拟解决的关键问题和最终目标，以及拟采取的主要理论、技术路线和实施方案
拟解决的关键问题
关键问题一：MAC(Media Access Control)的调用与验证
通过Xilinx EDK提供的MAC IP核接口复杂，时序与状态不好管理，需要深入理解其工作原理与调用方式才能很好的搭建硬件平台调用它，验证时需要用到LWIP(Light Weight (轻型)IP协议)，需要很好的掌握好中断处理及调用才能正确验证。
关键问题二：利用Gbit XXXXXxxx硬件能达到的最高网速
卸载网速的大小不仅与网卡本身有关，而且与编写的硬件电路的优化程度有关，编写电路的好坏直接影响网络卸载速度，其中硬件电路的时序约束也是一大难题，这些都需要历经多次调试—仿真—再调试的过程才能逐渐解决问题。
最终目标
通过对关键问题的解决最终实现Gbit XXXXXxxx的全硬件化。
拟采取的主要理论、技术路线和实施方案
三大支撑理论
一、硬件描述语言(Verilog)
二、计算机网络
三、虚拟模块设计理论
运用TOE技能对XXXXX卸载则简化了数据包的处理[17]，如图1所示，TOE将XXXXX协议从CPU中移到硬件中处理。在主机中安装和Toe通信的驱动后，内核和用户的应用都可以直接和TOE通信，这样就可以使主机CPU来处理别的工作。TOE在接收到网络上的数据后，执行一系列的协议处理，将数据放在指定地址，交给上层运用。发送方向则相反，将须要处理的数据包装后通过硬件缓冲发送出去。TOE的处理简化了流程，主机只须要直接处理数据而不用对数据拆包重组，因而对协议处理，中断和数据拷贝都大大降低，降低了主机CPU的负担。
图1 TOE的实现策略
根据(计算机网络知识)我们完全可以将TOE整个或部分协议XXXXX栈卸载到网卡中处理，绕过了主机CPU处理XXXXX协议的路径。在主机上安装了TOE的驱动后，内核空间的应用(各种网络服务)和用户空间的应用都可以直接与TOE通信。TOE网卡接收到数据后，自动完成协议栈各层协议处理，将解封装后的TCP Segment提交给上层应用，发送过程相反。通过TOE处理，中断和数据拷贝次数都会大大降低，CPU的负担大大降低。
TOE网卡与主机之间的接口的定义是实现TOE的关键和难点[18]。目前还没有这种接口定义的标准，对此，我们应深入学好计算机网络通信理论知识才能正确地实现TOE接口，针对TOE网卡与主机之间的接口的定义，各个TOE厂商也有不同的具体实现。例如WindRiver公司提出了Socket Class作为主机和卸载的XXXXX之间的接口。Socket Class是一种基于消息的机制，将主机的Socket API映射到卸载后的协议栈上。主机上的Socket API应用仍使用原有的Socket API，因为在主机上运行了一个Socket适配层驱动(TOE)，将所有的Socket API请求转换为Socket Class消息。
Socket Class将TOE上的XXXXX协议栈定义为Socket Device，在TOE初始化时产生一个称为的句柄来处Target ID理主机与Socket Device之间的通信[19]。在主机端，每个Socket进程就是一个Initiator，也称为Socket Device的用户。针对Initiator和Target ID之间不同的Socket操作，分别有一种消息与之对应，如 SocketSend，SocketBind，SocketConnect，SocketClose，SocketIoctl。SocketSend消息的格式如图2所示：
图2 SocketSend消息格式
MAC(Media Access Control)的实现与验证我们可以调用Xilinx的EDK平台利用Microblaze对MAC核进行调用(这方面我们必需掌握好硬件描述语言(Verilog))，通过Ping命令或者专用数据收发软件进行测试[20]。调用MAC核的原理框图如图3所示：
图3 Microblaze对MAC核进行调用
Gbit XXXXXxxx的全硬件化的关键是虚拟模块设计理论的应用，我们将测试好的MAC加上外围Fifo，通过合理应用Xxxxx协议实现MAC的外围电路设计，以实现网络接口的正常通信。达到Gbit XXXXXxxx的全硬件化的实现。
验证方法：与普通的计算机的网卡连接测试
1.PC去ping FPGA卡;
2.PC发送TCP包给FPGA
3.FPGA发送TCP包给PC
实施方案选择
TOE用FPGA芯片实现，根据卸载程度分为全卸载(Full-offload)和数据路径卸载(Data-path offload)。全卸载是将XXXXX协议栈全部卸载到性能优化的硬件逻辑中处理。数据路径卸载则是将XXXXX中的数据移动用芯片FPGA处理，而将TCP连接管理建立，拆除和错误恢复等交给主机CPU的处理。
如果我们采用数据路径卸载方式实现TOE，即利用嵌入式处理器(Embedded CPU)运行实时操作系统(Real-time Operating System，RTOS)，再加上一个MAC/PHY来实现TOE千兆网卡[21]。在主机上处理的协议被卸载到嵌入式处理器中进行处理。这种虽然可以方便实现卸载XXXXX协议栈及其他能嵌入到RTOS中的协议。但是这种方案不太灵活且可维护成本高，对嵌入式处理器的依赖比较大，可实现的网络提升速率也受到嵌入式处理器的限制对嵌入式处理器依赖性比较强，并且设计人员需要不断更新升级时也比较麻烦[22]。
由于全卸载(Full-offload)方式是将XXXXX协议栈全部卸载到性能优化的硬件逻辑中处理，无需添加任何外部器件，利用芯片FPGA专门做XXXXX协议卸载的优势是其高性能和可升级性(到10Gbps及以上)较好[23]。通过设计师编写好硬件电路，生成Bit流下载到FPGA芯片中我们就可验证测试所需要的功能，无需要其他额外成本，当然这种方法也有弊端，就是开发难度比较大，但是一旦实现，后期维护成本比数据路径卸载(Data-path offload)低很多;TOE全卸载技术在更新升级硬件性能方面极其方便，只需要在开发平台验证好后下载bit文件到需要更新的设备上就可以。这种方式也不会出现因为时间寿命原因导致程序电路无法运行的现象，所以我们选择全卸载(Full-offload)方式实现Gbit XXXXXxxx硬件技术[24]。
2.实验条件落实情况，可能存在的问题及解决办法。
实验条件落实情况
实验条件已经具备。
(硬件：Xilinx Spartan6开发板;软件：Xilinx ISE Design Suite 13.2;开发语言：Verilog)
可能存在的问题
Gbit XXXXXxxx所能达到的速度是否能达到预期目标。
解决办法
反复调试验证，以使硬件电路能达到最佳效果。
3.年度研究计划及预期研究成果
年
度
计
划
起始时间
完 成 内 容
2012.7~2012.11
2012.11~2013.1
2013.2~2013.9
2013.9~2014.1
2014.1~2014.3
学位
论文
特色
或
创新
学位论文特色
本论文研究的Gbit XXXXXxxx的硬件设计与实现内容，目前国内尚是一个待发展的新兴领域，网上公开的论文能搜到的差不多都是理论性的研究，少部分做到硬线仿真就结束了，还没有实际的测试实验。
最终
成果
形式
完成Gbit XXXXXxxx的硬件设计。
四、开题报告审查意见
1.导师对学位论文选题和论文计划可行性意见，是否同意开题：
签名： 年 月 日
2.评审专家意见
开 题
报告会
时间： 年 月 日
地点：
评审专家(至少3位)：
评审专家组对学位论文的选题、方案实施的可行性，是否通过开题报告的具体意见和建议：
组长签名： 年 月 日
3.学院意见：
负责人签名： 年 月 日
- 无相关信息