[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

本發明公開了一種基于國產FPGA的實現以太網交換功能系統及方法，系統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；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。本發明通過軟件配置FPGA的相應寄存器即可實現以太網交換的設置，并提供了CPU軟件處理以太網數據的接口，可方便靈活地支持常用以太網交換的業務處理。

技術領域

本發明涉及電子信息通信技術領域，尤其涉及一種基于國產FPGA的實現以太網交換功能系統及方法。

背景技術

以太網接口的物理/電氣特性的規范符合802.3協議，是目前國際上普遍采用的標準通信接口。在通信設備的機箱中常使用的以太網接口為千兆速率的1000Base-T，其物理速率為1000Mbps。以太網接口作為OSI七層協議中物理層的一種實現方式，得到了廣泛的應用。

MAC即Media Access Control，即媒體訪問控制子層協議，該協議位于OSI七層協議中數據鏈路層的下半部分,主要負責控制與連接物理層的物理介質。在發送數據的時候，MAC協議可以事先判斷是否可以發送數據，如果可以發送將給數據加上一些控制信息，最終將數據以及控制信息以規定的格式發送到物理層；在接收數據的時候，MAC協議首先判斷輸入的信息是否發生傳輸錯誤，如果沒有錯誤，則去掉控制信息發送至LLC層。該層協議是以太網MAC由IEEE-802.3以太網標準定義。

由于以太網交換技術實現上的復雜性，現實設備中往往只能針對某項特定使用方式提供功能，采用專用的以太網交換芯片實現網絡交換的業務處理，缺乏靈活性更強的、適應各種用途的和具備高擴展性的設計模塊。同時，由于組網功能的協議仍在快速演進，特別是SDN(軟件定義網絡)技術的發展，使得固定功能的交換芯片難以滿足未來不斷發展的要求。為了使網絡交換體制適應組網功能發展的需求，支持靈活的功能裁剪和擴展，急需一種設計技術用以實現較強的自主性和可編程性。因此，為了使以太網交換設備可以在同一種硬件平臺上，支持靈活可變的交換能力，急需一種設計技術用以兼容實現以太網交換的業務處理，而不是固化地處理傳統的交換模式。

現場可編程邏輯FPGA器件即現場可編程門陣列，其主要特點就是完全由用戶通過軟件進行配置和編程，從而完成某種特定的功能，且可以反復擦寫。現場可編程邏輯FPGA器件作為專用集成電路ASIC領域中的一種半定制電路而出現，可以解決定制電路靈活性的不足，按照需要定制需要的功能。因此，現場可編程邏輯FPGA器件作為一種開發原型研制系統的手段，有利于滿足網絡交換技術及SDN不斷發展的需求。

本方法構建了一種搭建國產FPGA及國產CPU的自主嵌入式交換板卡，基于自主程度較高的軟硬件平臺實現了網絡交換技術體制，可通過可編程、易定制的方式針對應用靈活實現相應的網絡交換需求，并為未來的SDN網絡交換技術提供可定制、可演進的IP交換技術基礎平臺。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種基于國產FPGA的實現以太網交換功能系統及方法，通過軟件配置現場可編程邏輯FPGA器件的相應寄存器即可實現以太網交換的設置，并提供了CPU軟件處理以太網數據的接口，可方便靈活地支持常用的以太網交換的業務處理，同時具備自定義擴展業務的能力，從而使得裝配了該現場可編程邏輯FPGA器件處理模塊的設備具備豐富可擴展的以太網交換應用。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：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；