[發明專利]一種基于國產FPGA的實現以太網交換功能系統及方法

有效

• 申請號: 201710887984.3
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107689931B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 胡國浩;伍思廉;李牧;馬超
• 申請（專利權）人: 廣州海格通信集團股份有限公司
• 主分類號: H04L12/931
• 分類號: H04L12/931;H04L12/933
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

1.一種基于國產FPGA的實現以太網交換功能系統，其特征在于，包括依次連接的網口物理層模塊、現場可編程邏輯FPGA器件、微處理器和外置SRAM存儲器；其中

所述網口物理層模塊用于連接網口和處理網口物理層的數據，并將數據傳輸至所述現場可編程邏輯FPGA器件；

所述現場可編程邏輯FPGA器件用于完成網口MAC的緩沖及網絡包的二層/三層轉發處理過程；具體如下：所述現場可編程邏輯FPGA器件包括網絡交換處理單元、SRAM控制器、SPI控制器和DMA控制器，所述網絡交換處理單元連接所述網口物理層模塊，所述SRAM控制器、SPI控制器和DMA控制器均連接所述網絡交換處理單元；所述網絡交換處理單元用于完成網口MAC的接入、網絡數據包的二層/三層轉發處理及配置管理功能，所述SRAM控制器用于完成外部SRAM器件的讀寫訪問接口，所述SPI控制器用于完成微處理器的SPI接口的適配處理以及提供微處理器到所述現場可編程邏輯FPGA器件內部數據空間操作處理的功能，所述DMA控制器用于完成四路虛擬DMA通道的數據隊列處理以及提供微處理器與所述現場可編程邏輯FPGA器件之間的高速DMA通道；

所述網絡交換處理單元包括若干MAC RxQ模塊、輸出端口查找模塊、若干MAC TxQ模塊、配置管理寄存器模塊以及網絡交換引擎，所述網絡交換引擎包括輸入隊列調度模塊和輸出隊列調度模塊；所述MAC RxQ模塊均連接所述網口物理層模塊和所述輸出隊列調度模塊，所述輸出隊列調度模塊連接所述輸出端口查找模塊和所述DMA控制器，所述輸出端口查找模塊連接所述輸出隊列調度模塊，所述輸出隊列調度模塊連接是MAC TxQ模塊和所述SRAM控制器；其中

所述MAC RxQ模塊用于完成網口接收數據的MAC層處理，并通過內部FIFO對接收數據進行緩存后，將數據繼續送往網絡交換引擎的輸入調度模塊；

所述輸入隊列調度模塊用于接收MAC層收到的以太網數據包和微處理器的DMA數據，完成調度接收處理；

所述輸出端口查找模塊用于決定網絡數據包的轉發路徑，過程包括進行網絡數據包的分析/處理、檢查數據包內容、過濾各種錯誤的數據包、根據目的MAC或目的IP地址查找對應的轉發表、確定數據包的下一跳設備和輸出端口以及最后根據需要對數據包進行修改和封裝、將數據包發往輸出隊列調度模塊；

所述輸出隊列調度模塊用于接收輸出端口查找模塊處理完成的數據包，并將數據包放入所述SRAM控制器的SRAM緩存區，根據數據包的控制信息將數據包分別送入相應的MAC層發送模塊和微處理器的DMA數據通道；

所述MAC TxQ模塊用于通過其內部FIFO對輸出隊列調度模塊送來的網口發送數據進行緩存，并完成MAC層處理，將發送數據送往以太網PHY芯片，完成以太網數據包的轉發；

所述配置管理寄存器模塊用于完成網絡交換處理單元的上述各模塊功能的配置；

所述網絡交換引擎、輸入調度模塊和輸出隊列調度模塊負責輸入輸出隊列的調度處理；

所述微處理器用于實現對FPGA內部寄存器空間的配置和狀態查詢功能，并可對以太網數據包進行處理；

所述外置SRAM存儲器用于用于臨時存儲轉發的網絡包。

2.如權利要求1所述的一種基于國產FPGA的實現以太網交換功能系統，其特征在于，所述網口物理層模塊通過GMII接口或RGMII接口連接所述現場可編程邏輯FPGA器件；所述現場可編程邏輯FPGA器件通過SPI接口連接所述微處理器。

3.如權利要求1或2所述的一種基于國產FPGA的實現以太網交換功能系統，其特征在于，所述網口物理層模塊包括若干以太網隔離變壓器和若干以太網PHY芯片；所述以太網隔離變壓器一端外接網口、另一端連接所述以太網PHY芯片，所述以太網PHY芯片通過GMII接口或RGMII接口連接現場可編程邏輯FPGA器件。