專利名稱：一種高速全雙工交換以太網(wǎng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，具體涉及一種高速全雙工交換以太網(wǎng)控制器。
背景技術(shù)：
交換以太網(wǎng)技術(shù)源于國外大型客機(jī)項(xiàng)目，協(xié)議控制器是終端系統(tǒng)的核心模塊，用于完成數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議解析，除大型客機(jī)上使用的產(chǎn)品外，大部分為實(shí)驗(yàn)室仿真測試設(shè)備。此類設(shè)備在實(shí)際使用中存在如下問題一是網(wǎng)絡(luò)端口帶寬固定為100Mbps，數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性一般；二是協(xié)議處理通過軟硬件協(xié)同實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸延遲較大。航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)網(wǎng)卡及其集成化方法(中國專利CN101902504A)基于協(xié)議控制器構(gòu)建交換式以太網(wǎng)網(wǎng)卡，用于處理傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層協(xié)議； 一種帶分層錯(cuò)誤注入和錯(cuò)誤分析的AFDX網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)模擬器(中國專利CN102209000A)通過主動(dòng)產(chǎn)生分層錯(cuò)誤流量，模擬終端系統(tǒng)發(fā)生的錯(cuò)誤，對AFDX網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行錯(cuò)誤分析和模擬；一種航空電子通信網(wǎng)絡(luò)的終端系統(tǒng)(中國專利CN101547148)將網(wǎng)絡(luò)接口電信號轉(zhuǎn)換成光信號，構(gòu)建基于光傳輸?shù)慕粨Q式以太網(wǎng)終端系統(tǒng)；一種網(wǎng)絡(luò)測試裝置(中國專利CN102325057A)在AFDX網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備中增加數(shù)據(jù)捕獲功能，對各類系統(tǒng)端口數(shù)據(jù)進(jìn)行測試和監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)室仿真測試設(shè)備以及相關(guān)專利成果主要集中在終端系統(tǒng)集成和測試功能設(shè)計(jì)上，并沒有對協(xié)議控制器性能進(jìn)行提升，不能適應(yīng)高速、高可靠系統(tǒng)需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提出一種高速、高效、配置靈活和并發(fā)處理能力強(qiáng)的全雙工交換以太網(wǎng)控制器；用于全雙工交換以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議處理以及數(shù)據(jù)管理，并提供標(biāo)準(zhǔn)外部接口，便于構(gòu)建終端系統(tǒng)。具體如下控制器具體功能包括收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)動(dòng)態(tài)管理，訪存空間2MB，支持128路虛擬鏈路全雙工數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；支持?jǐn)?shù)據(jù)幀編號控制；支持接收冗余管理；支持完整性檢查；支持全雙工IGbps高速數(shù)據(jù)傳輸；支持帶寬分配、流量整形調(diào)度與冗余發(fā)送間隔控制。為實(shí)現(xiàn)上述功能，控制器主要由19個(gè)模塊組成，具體包括雙口訪問模塊、接收傳輸控制模塊、發(fā)送傳輸控制模塊、接收冗余管理模塊、完整性檢查A模塊、完整性檢查B模塊、整流器模塊、調(diào)度器模塊、發(fā)送冗余管理模塊、媒介訪問控制A模塊、媒介訪問控制B模塊、處理器訪問模塊、控制狀態(tài)寄存器模塊、虛擬鏈路配置表模塊、發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊、在線調(diào)試/配置模塊、串口控制器模塊、PHY管理模塊和中斷管理模塊。雙口訪問模塊主要用于實(shí)現(xiàn)對外部雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)存取。接收傳輸控制模塊主要用于將經(jīng)過協(xié)議處理的接收數(shù)據(jù)通過雙口訪問模塊，存入外部雙口 RAM的相應(yīng)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸完成后，置狀態(tài)標(biāo)志，并通過中斷管理模塊向上層協(xié)議處理器申請接收完成中斷。發(fā)送傳輸控制模塊主要用于通過雙口訪問模塊讀取外部雙口 RAM發(fā)送緩沖區(qū)的待發(fā)送數(shù)據(jù)。
接收冗余管理模塊主要用于實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)A和B經(jīng)過完整性檢查的接收幀數(shù)據(jù)的冗余管理。完整性檢查A和B模塊根據(jù)相應(yīng)的完整性檢查通過原則，實(shí)現(xiàn)對接收的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性檢查。整流器模塊主要用于根據(jù)虛擬鏈路配置，對不同虛擬鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)機(jī)進(jìn)行控制，從而將各虛擬鏈路的帶寬控制在一定范圍，避免線路沖突。調(diào)度器模塊主要用于終端系統(tǒng)需要同時(shí)進(jìn)行多虛擬鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，協(xié)調(diào)各虛擬鏈路幀數(shù)據(jù)發(fā)送。發(fā)送冗余管理模塊主要用于根據(jù)設(shè)置以及協(xié)議規(guī)范的最大間隔，控制發(fā)送幀數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)A和B上的發(fā)送間隔和先后順序。媒介訪問控制A和B模塊主要用于以太網(wǎng)MAC層協(xié)議控制，即將上層協(xié)議處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，產(chǎn)生符合協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)流。處理器訪問模塊主要用于控制處理器對控制狀態(tài)寄存器、MAC A/B寄存器、虛擬鏈路配置表和發(fā)送有效標(biāo)識(shí)寄存器的訪問?？刂茽顟B(tài)寄存器模塊主要用于將用戶設(shè)置信息輸出給相應(yīng)模塊，控制數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議控制，同時(shí)將控制器的工作狀態(tài)返回給上層。虛擬鏈路 配置表主要用于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬鏈路信息，包括虛擬鏈路編號、帶寬分配間隔、最大發(fā)送間隔等。虛擬鏈路發(fā)送有效標(biāo)識(shí)主要用于存儲(chǔ)終端系統(tǒng)當(dāng)前需要發(fā)送虛擬鏈路數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)。在線調(diào)試/配置模塊主要用于解析調(diào)試和配置指令，對控制狀態(tài)寄存器和虛擬鏈路配置表等進(jìn)行訪問，并與串口控制器模塊通信，從而通過串口實(shí)現(xiàn)在線對控制器進(jìn)行調(diào)試和配置。串口控制器模塊主要用于實(shí)現(xiàn)通用異步串行數(shù)據(jù)通信的協(xié)議控制，接收外部調(diào)試設(shè)備發(fā)送的調(diào)試配置指令和配置數(shù)據(jù)，或發(fā)送在線調(diào)試模塊輸出的調(diào)試信息。PHY管理模塊主要用于控制器初始化過程中，對外部PHY芯片進(jìn)行功能配置。中斷管理模塊主要用于控制器中斷產(chǎn)生與清除，并提供中斷屏蔽及簡單的優(yōu)先級管理功能，支持的中斷類型有發(fā)送完成、接收完成、接收錯(cuò)誤等，當(dāng)相應(yīng)中斷條件滿足時(shí)，產(chǎn)生有效中斷輸出；中斷撤銷條件滿足時(shí)，輸出中斷無效。本發(fā)明的有益效果是(I)本發(fā)明中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)據(jù)傳輸率100/1000Mbps自適應(yīng)，實(shí)時(shí)性比IOOMbps網(wǎng)絡(luò)更好；(2)本發(fā)明中協(xié)議處理完全由硬件邏輯實(shí)現(xiàn)，發(fā)送/接收延遲分別約為
6.5/2. 5us，數(shù)據(jù)傳輸效率高；(3)本發(fā)明中兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口可以設(shè)置為冗余或非冗余模式，且發(fā)送間隔和發(fā)送順序可編程，使用靈活；(4)本發(fā)明中收/發(fā)數(shù)據(jù)緩存動(dòng)態(tài)管理，能夠進(jìn)行128路虛擬鏈路全雙工數(shù)據(jù)收發(fā)，并發(fā)處理能力強(qiáng)。


圖I是本發(fā)明控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，設(shè)計(jì)詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方案，控制器結(jié)構(gòu)如圖I所示，I為雙口訪問模塊、2為接收傳輸控制模塊、3為發(fā)送傳輸控制模塊、4為接收冗余管理模塊、5為完整性檢查A模塊、6為完整性檢查B模塊、7為整流器模塊、8為調(diào)度器模塊、9為發(fā)送冗余管理模塊、10為媒介訪問控制A模塊、11為媒介訪問控制B模塊、12為處理器訪問模塊、13為控制狀態(tài)寄存器模塊、14為虛擬鏈路配置表模塊、15為發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊、16為在線調(diào)試/配置模塊、17為串口控制器模塊、18為PHY管理模塊、19為中斷管理模塊?？刂破魍ㄟ^數(shù)據(jù)線20與外部雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)存取；雙口訪問模塊I根據(jù)接收傳輸控制模塊2和發(fā)送傳輸控制模塊3輸出的雙口 RAM訪問控制信號，產(chǎn)生雙口 RAM訪問時(shí)序；接收傳輸控制模塊2將經(jīng)過協(xié)議處理的接收數(shù)據(jù)通過雙口訪問模塊I存入外部雙口RAM的相應(yīng)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸完成后，置狀態(tài)標(biāo)志，并通過中斷管理模塊19 (圖中未示出)向上層協(xié)議處理器申請接收完成中斷；發(fā)送傳輸控制模塊3通過雙口訪問模塊I讀取外部雙口 RAM發(fā)送緩沖區(qū)的待發(fā)數(shù)據(jù)，在各控制模塊的協(xié)調(diào)下，對雙口 RAM中不同虛擬鏈路的數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)訪問。接收冗余管理模塊4對經(jīng)過完整性檢查A模塊5和完整性檢查B模塊6完整性檢 查后的接收幀數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余管理，其遵循的原則是“先到有效幀勝出”，后到或無效的幀數(shù)據(jù)被丟棄，最終僅上傳一份有效幀數(shù)據(jù)的拷貝到接收傳輸控制模塊2 ;完整性檢查A模塊5和完整性檢查B模塊6根據(jù)完整性檢查通過原則，解析當(dāng)前幀的序號，并與前一幀序號進(jìn)行比較，對不符合上述原則的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行丟棄，否則保留并傳輸給接收冗余管理模塊4進(jìn)行冗余管理；通過整流器模塊7對由發(fā)送傳輸控制模塊3傳輸?shù)牟煌摂M鏈路幀數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)機(jī)進(jìn)行控制，再經(jīng)過調(diào)度器模塊8的調(diào)度協(xié)調(diào)，將各虛擬鏈路幀數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送冗余管理模塊9;發(fā)送冗余管理模塊9根據(jù)設(shè)置以及協(xié)議規(guī)范的最大間隔，控制發(fā)送幀數(shù)據(jù)向媒介訪問控制A模塊10和媒介訪問控制B模塊11傳輸?shù)陌l(fā)送間隔和先后順序。 媒介訪問控制A模塊10和媒介訪問控制B模塊11對整流器模塊7、調(diào)度器模塊8、發(fā)送冗余管理模塊9處理后的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，產(chǎn)生符合以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)流，并通過數(shù)據(jù)線21和22與外部PHY芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。處理器訪問模塊12通過數(shù)據(jù)線23與外部處理器連接，控制外部處理器對媒介訪問控制A模塊10和媒介訪問控制B模塊11的寄存器(圖中未示出這種關(guān)系)、控制狀態(tài)寄存器模塊13、虛擬鏈路配置表模塊14和發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊15的訪問?？刂茽顟B(tài)寄存器模塊13將用戶設(shè)置信息輸出給相應(yīng)模塊，控制數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議控制，同時(shí)將控制器的工作狀態(tài)經(jīng)過根據(jù)完整性檢查通過原則返回給外部處理器。虛擬鏈路配置表模塊14主要用于存儲(chǔ)虛擬鏈路信息，包括虛擬鏈路編號、帶寬分配間隔、最大發(fā)送間隔等。發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊15主要用于存儲(chǔ)終端系統(tǒng)當(dāng)前需要發(fā)送虛擬鏈路數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)。在線調(diào)試/配置模塊16主要用于解析調(diào)試和配置指令，對虛擬鏈路配置表模塊14和發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊15等進(jìn)行訪問，并與串口控制器模塊17通信，從而通過串口控制器模塊17實(shí)現(xiàn)在線對控制器進(jìn)行調(diào)試和配置。串口控制器模塊17主要用于實(shí)現(xiàn)通用異步串行數(shù)據(jù)通信的協(xié)議控制，通過數(shù)據(jù)線24接收外部調(diào)試設(shè)備發(fā)送的調(diào)試配置指令和配置數(shù)據(jù)，或發(fā)送在線調(diào)試模塊輸出的調(diào)試信息。PHY管理模塊18通過數(shù)據(jù)線25與外部PHY芯片連接，主要用于在控制器初始化過程中，12通過18對外部PHY芯片進(jìn)行功能配置。中斷管理模塊19通過數(shù)據(jù)線26與外部通信，當(dāng)13中相應(yīng)中斷條件滿足時(shí)，產(chǎn)生有效中斷輸出；中斷撤銷條件滿足時(shí)，對外輸出中斷無效。根據(jù)上述方案，用Verilog HDL語言對控制器的邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行描述，并完成邏輯綜合與布局布線；同時(shí)，設(shè)計(jì)一款終端系統(tǒng)，將控制器設(shè)計(jì)映射到可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)，并 對控制器的功能進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明本發(fā)明具有很好的可實(shí)施性，且性能滿足預(yù)期。
權(quán)利要求
1.一種高速全雙工交換以太網(wǎng)控制器，其特征在于包括雙口訪問模塊、接收傳輸控制模塊、發(fā)送傳輸控制模塊、接收冗余管理模塊、完整性檢查A模塊、完整性檢查B模塊、整流器模塊、調(diào)度器模塊、發(fā)送冗余管理模塊、媒介訪問控制A模塊、媒介訪問控制B模塊、處理器訪問模塊、控制狀態(tài)寄存器模塊、虛擬鏈路配置表模塊、發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊、在線調(diào)試/配置模塊、串口控制器模塊、PHY管理模塊和中斷管理模塊； 雙口訪問模塊對外部雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)存?。唤邮諅鬏斂刂颇K將經(jīng)過協(xié)議處理的接收數(shù)據(jù)通過雙口訪問模塊存入外部雙口 RAM的相應(yīng)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸完成后，置狀態(tài)標(biāo)志，并通過中斷管理模塊向上層協(xié)議處理器申請接收完成中斷；發(fā)送傳輸控制模塊通過雙口訪問模塊讀取外部雙口 RAM發(fā)送緩沖區(qū)的待發(fā)送數(shù)據(jù)，并存入媒介訪問控制A模塊和B模塊的發(fā)送緩沖區(qū)； 接收冗余管理模塊對外部網(wǎng)絡(luò)A和B經(jīng)過完整性檢查A模塊和完整性檢查檢查B模塊檢查后的數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余管理，保留先到的有效幀數(shù)據(jù)，備份數(shù)據(jù)自動(dòng)丟棄； 整流器模塊對不同虛擬鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)機(jī)進(jìn)行控制、避免線路沖突；調(diào)度器模塊協(xié)調(diào)各虛擬鏈路幀數(shù)據(jù)發(fā)送；發(fā)送冗余管理模塊控制發(fā)送幀數(shù)據(jù)在外部網(wǎng)絡(luò)A和B上的發(fā)送間隔和先后順序； 媒介訪問控制A模塊和媒介訪問控制B模塊接收外部網(wǎng)絡(luò)A和B的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行控制，產(chǎn)生符合協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)流； 處理器訪問模塊控制處理器對控制狀態(tài)寄存器模塊、虛擬鏈路配置表模塊和發(fā)送有效標(biāo)識(shí)寄存器模塊的訪問； 在線調(diào)試/配置模塊解析調(diào)試和配置指令，對控制狀態(tài)寄存器模塊和虛擬鏈路配置表模塊進(jìn)行訪問，并與串口控制器模塊通信，通過串口實(shí)現(xiàn)在線對控制器進(jìn)行調(diào)試和配置；PHY管理模塊在控制器初始化過程中，完成對外部PHY芯片的功能配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制器，其特征在于控制狀態(tài)寄存器模塊將用戶設(shè)置信息輸出，控制數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議控制，同時(shí)將控制器的工作狀態(tài)返回給上層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制器，其特征在于虛擬鏈路配置表模塊用于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬鏈路信息，包括虛擬鏈路編號、帶寬分配間隔、最大發(fā)送間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制器，其特征在于發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊用于存儲(chǔ)終端系統(tǒng)當(dāng)前需要發(fā)送虛擬鏈路數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制器，其特征在于串口控制器模塊用于實(shí)現(xiàn)通用異步串行數(shù)據(jù)通信的協(xié)議控制，接收外部調(diào)試設(shè)備發(fā)送的調(diào)試配置指令和配置數(shù)據(jù)，或發(fā)送在線調(diào)試模塊輸出的調(diào)試信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制器，其特征在于中斷管理模塊用于控制器中斷產(chǎn)生與清除，并提供中斷屏蔽及簡單的優(yōu)先級管理功能，支持的中斷類型有發(fā)送完成、接收完成、接收錯(cuò)誤，當(dāng)相應(yīng)中斷條件滿足時(shí)，產(chǎn)生有效中斷輸出；中斷撤銷條件滿足時(shí)，輸出中斷無效。
全文摘要
一種高速全雙工交換以太網(wǎng)控制器，其特征在于包括雙口訪問模塊、接收傳輸控制模塊、發(fā)送傳輸控制模塊、接收冗余管理模塊、完整性檢查A模塊、完整性檢查B模塊、整流器模塊、調(diào)度器模塊、發(fā)送冗余管理模塊、媒介訪問控制A模塊、媒介訪問控制B模塊、處理器訪問模塊、控制狀態(tài)寄存器模塊、虛擬鏈路配置表模塊、發(fā)送有效標(biāo)識(shí)模塊、在線調(diào)試/配置模塊、串口控制器模塊、PHY管理模塊和中斷管理模塊。本發(fā)明中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口的實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)傳輸效率高、發(fā)送間隔和發(fā)送順序可編程、使用靈活、并發(fā)處理能力強(qiáng)。
文檔編號H04L12/24GK102761488SQ201210243059
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉澤響, 劉露, 鄭堃 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所