隨著通信技術的進步，網絡帶寬以平均每 6 個月增長 1 倍的速度提高，然而 CPU 運算性能的增長速度卻遠遠無法滿足高速網絡數據處理的需求。在傳統處理 TCP/IP 協議的方法中，CPU 的處理負擔大部分來自對 TCP/IP 協議數據的處理，因此 CPU 的運算性能逐漸地成為高性能網絡通信發展的瓶頸。在這一形勢下，為將 CPU 從繁重的 TCP/IP 協議處理負擔中解放出來，本論文提出了一種實現 TCP/IP 協議處理的硬件解決方案，即利用 FPGA 本身所具有的密度高、速度快、小型化、設計靈活、高度并行處理等優點，在 FPGA 中實現 TCP/IP 協議的基本功能。

　　本論文首先對 TCP/IP 協議棧的基本原理進行了詳細的介紹，其中包括 TCP/IP 的網絡分層模型、分層模型下協議數據包的封裝和分用、協議棧中各協議的基本原理以及各協議的數據幀格式等。其次在對 TCP/IP 協議內容深入掌握的基礎上，對協議棧功能進行了合理的裁剪，并依據自頂向下的設計方法，對裁剪后的 TCP/IP 協議處理功能進行模塊劃分。然后論文對各功能子模塊的設計與實現的具體細節進行了詳細介紹，尤其針對 TCP 的可靠性傳輸進行了重點說明。論文選用 Xilinx ML505 開發板作為硬件開發平臺，運用 Verilog HDL 硬件描述語言將各子模塊的設計方案轉化為邏輯代碼，經過 Xilinx ISE 開發套件的綜合、布局布線、靜態分析等處理后，最終得到相應的 FPGA 配置文件，并通過配置 FPGA 完成實際開發工作。開發過程中，利用 Chipscope 在線邏輯分析儀、Wireshark 網絡數據包捕獲軟件、自編 MFC 測試軟件等工具對數據傳輸過程中涉及到 FPGA 中 TCP/IP 協議處理功能的各個細節進行觀察、分析和測試。

　　本論文設計方案實現了 ARP 請求/應答、ICMP 應答、IP 數據傳輸、TCP 的客戶端及服務器模式下的數據傳輸、TCP 可靠性傳輸等功能，并提出了一種新穎的基于狀態機嵌套結構的 TCP/IP 協議數據包封裝方法。經過分析及實測，該方案具有高效率、少緩存、低成本、可靠性強的優點，滿足論文的預期目標和需求。

　　論文的章節安排

　　論文共由五部分內容組成，組織結構如下：

　　第一章：圍繞 TCP/IP 協議的 FPGA 實現，簡要闡述了研究背景及意義，并詳細敘述了目前在該領域的研究現狀，其中列舉了部分具有代表性的公司、相關產品以及已發表的相關文獻，最后對論文進行初步的簡介。

　　第二章：本章主要對 TCP/IP 協議棧的基本原理進行詳細介紹，針對論文涉及到的網絡分層模型及各協議的內容、報文幀格式進行了說明，具體包括以太網協議、ARP、IP、ICMP、TCP。特別針對 TCP 的可靠性傳輸原理進行了詳細的介紹。

　　第三章：本章詳細闡述了 FPGA 實現 TCP/IP 協議的具體設計及細節，其中包含開發環境及開發工具的介紹、功能模塊劃分的說明以及對各子模塊的設計和實現的詳細說明，并提出了一種 TCP/IP 協議數據包的封裝方法，這也是論文的創新點之一。最后利用 ISE 開發套件對 FPGA 設計的性能從“速度”、“面積”、時序三方面進行分析說明。

　　第四章：本章主要完成設計的功能驗證和分析，首先介紹測試平臺及測試環境，然后針對不同的功能設計了測試方案。經過詳細的測試和分析，得出各個功能均符合設計目標和需求的結論。

　　第五章：在客觀總結論文主要工作的基礎上，對本論文的優化思路及發展前景進行展望。