基于VerilogHDL的MAC地址过滤设计与仿真王艳梅1，杨光永2**5101520253035（1.暨南大学电子工程系，广州510632；2.华南理工大学机械工程学院，广州510640）摘要：详细阐述了基于数字集成电路的MAC地址过滤IP核的设计方法和步骤。采用verilogHDL硬件描述语言，设计了一款MAC地址过滤器IP核。该IP核引入了hash算法定位，并提出了基于hash算法的多重比较器，提高了地址过滤的速率。关键词：地址过滤；延时控制器；hash中图分类号：TN46DesignandsimulationofMACAddressFilteringBasedonVerilogHDLWANGYanmei1,YangGuangyong2(1.DepartmentofElectronicandEngineering,JinanUniversity,GuangZhou510632;2.SchoolofMechanicalEngineeringSouthChinaUniversityofTechnology,GuangZhou510640)Abstract:ElaborateonthedesignmethodsandstepsofMACaddressfilteringIPcorebasedondigitalintegratedcircuits.ThisarticleusedverilogHDLtodesignaMACaddressfilteringIPcore.TheIPcoreintroducedthehashalgorithmlocalization,andproposedmultiplecomparatorsbasedonthehashalgorithm,whichimprovedthespeedoftheaddressfiltering.Keywords:AddressFiltering;delaycontroller;hash0引言目前，提高网络传输速率的方法，主要是依靠提高路由器、交换机、网桥等的工作频率和增加网络带宽[1]。然而，当设备的工作频率提高到一定程度之后，码间串扰急剧恶化,从而导致误码率上升。随着系统工作频率逐步提高，还会带来严重的电磁兼容问题。因此，通过单纯提高设备工作频率的方法已经遇到进一步发展的瓶颈。在工作频率不变的情况下，如何提高单位时间内的处理速度，成为提高网络吞吐量、降低传输时延、降低传输误码率的必行之路，也是当前研究热点。MAC地址过滤模块是网桥的核心模块之一，其过滤的效率直接影响网络传输速率。传统的地址过滤方法是通过循环比对来完成的，需要遍历整个地址列表空间，由于地址列表较大，造成严重的网络时延。近年来，地址过滤中多采用Hash[2]索引的方法定位地址列表，然后循环比较该地址列表段内的MAC地址。本文使用VerilogHDL（硬件描述语言）[3]设计了一款地址过滤IP核，该IP核采用了Hash算法定位，并在此基础上提出了多重比较器，其比较级数等于hash映射比的倒数，从而在一个比较周期内可完成整个地址列表的比较，降低了地址过滤的时延，从而有效地提高网络传输速率。1MAC地址过滤的原理网桥[4]主要完成从一个网络中接收数据帧，然后转发给另一个网络的任务。网桥通过地作者简介：王艳梅，(1983-)，女，硕士研究生，集成电路。通信联系人：杨光永，（1972-），男，副教授，数字系统设计、算法分析和智能控制。E-mail:y.guangyong@mail.scut.edu.cn-1-Top_out4045505560址过滤[5]分辨接收的数据帧究竟是发往那个网络的，然后将其转发到相应的网络中。地址过滤的主要作用是通过查找地址列表，找到与接收的MAC地址相同的匹配项和接收端口。2系统设计本文中MAC地址过滤主要包括源地址缓存模块（DA_RAM）、Hash模块(Hash)、地址查询模块（FindAdd）、比较模块（Compare_16）和输出模块（Top_out）。源地址缓存模块，用来临时存储接收到的MAC地址并将并行输入的地址转成串行输出给Hash模块使用。Hash模块，采用哈希算法，快速计算出目的地址在地址列表中的位置，提高寻址的速率。地址查询模块，根据hash模块计算的地址，快速在地址列表中定位到目标端口可能存放的位置，并将所有相关地址一次性传输给比较模块。比较模块，通过多重比较方式，在一个比较周期内，完成所有地址比较功能。并将比较结果和相应的端口传回系统。地址过滤模块的结构框图如图1所示。图1地址过滤的结构图Fig.1Thestructureofaddressfiltering本系统的核心模块是hash算法模块和多重比较模块。其次，在整个系统组合过程中，时序控制是难点，为此，专门设计了时序控制电路，用于控制整个系统协调工作。下面针对这三个部分，作详细介绍。2.1hash算法模块为了提高寻址效率，降低寻址时延，本系统通过hash算法，将接收到的16位地址，转换成8位地址，采用的生成多项式[6]公式(1)为：gxx8x7x4x...