随着以太网技术成为最主流的局域网技术,将以太网MAC控制器集成在SOPC上的嵌入式网络设备越来越多的应用在工业控制、汽车电子、日常生活中。自从IEEE802.3协议发布以来,经过30多年的发展,以太网协议不断得到升级完善。目前,40Gbps带宽的以太网MAC控制器已开始逐步应用。以太网协议的核心主要体现在媒体介质访问的控制管理上,协议规定了数据链路层上数据帧的格式,并能兼容不同的物理层介质,因此基于以太网协议实现的MAC控制器得以广泛应用。本文将设计一款符合IEEE802.3协议的以太网MAC控制器,并在FPGA上实现其SOPC集成,可为嵌入式网络开发提供一款基本的硬件平台。本文对以太网协议做了详细的分析,重点介绍了以太网帧结构、CSMA/CD协议、接口通信协议,同时,本文实现了全双工模式下的流量控制功能,能对MAC站点之间的通信进行有效的流量控制。此外,本文介绍了物理层PHY芯片的接口时序并设计了MII模块对其进行配置管理。本文根据MAC控制器的功能特性自顶向下进行架构划分,使每个子模块都有自己的功能,并且模块之间相对独立,减少耦合。然后,本文画出了每个子模块详细的设计架构图。本文基于VMM验证方法学搭建了MAC控制器的验证平台,对顶层以及每个子模块进行了功能仿真,仿真结果与预期一致。本文还为MAC控制器集成设计了一款SOPC系统,该SOPC系统集成了SDRAM控制器、UART、SPI-FLASH控制器等外设,能为MAC控制器的FPGA原型验证提供支持。本文基于SMIC 65nm工艺完成了SOPC系统的ASIC实现,主要实现了包括逻辑综合、DFT扫描链插入、时序分析以及布局布线,得到了芯片版图以及GDS数据。最后,基于Xilinx的Atlys开发套件,将集成MAC控制器的SOPC设计代码移植到FPGA上,对基于SOPC的MAC控制器进行原型验证。在原型验证过程中,本文为SOPC系统移植了U-boot系统,并通过MAC控制器加载了Linux操作系统镜像文件,成功验证了MAC控制器的功能。