[发明专利]一种适用于WLAN的以太网MAC子层控制器

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络领域中的MAC子层以及微电子领域中的ASIC设计领域。尤其涉及一种适用于WLAN无线传输系统网络接入的基于IEEE802.3标准规范的以太网MAC子层控制器。

背景技术

随着互联网和电子技术的发展，越来越多的电子设备开始接入网络，研究方便快捷的网络接入方案有很强的现实意义。IEEE802.3快速以太网标准规定了10M/100M以太网物理层和MAC子层规范。该协议规范最高支持100Mbps可靠的全双工数据传输，能够满足绝大多数数据流传输的吞吐率的需求。

媒体介质访问控制(MAC)子层处于IEEE 802网络参考模型中的第二层，与最底层的物理层通过媒体介质无关接口连接，是网络参考模型中重要的一层。MAC子层的主要功能是实现媒体访问接入控制以及在物理层的基础上实现无差错的通信，具体负责：发送过程中将上层交下来的数据封装成帧进行发送，接收过程中将帧拆卸；实现和维护MAC协议；比特差错监测；寻址[2]。设计一种简便，稳定的MAC子层控制器对于充分发挥网络的性能至关重要。

文献[3]设计的MAC控制器帧缓存结构采用片内RAM作为帧数据缓存，将RAM缓存区分为若干连续的256字节大小的分片，对于长度小于256字节的帧用一个分片存储，如果帧长大于256字节，则用几个分片来存储。这种缓存方案设计较为简单，但是存在接收短帧时帧缓存利用率不高的问题，例如一个64字节的最小帧也要占用一个分片(256字节)的缓存空间。如果采用FIFO作为缓存则不会出现由于存储分片而造成存储的浪费，但是传统的FIFO读写指针都为顺序的增加，难以满足发送数据帧冲突重传以及接收帧时直接丢弃坏帧的功能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明主要目的在于提供一种适用于WLAN的以太网MAC子层控制器，使得数据帧重传和丢弃等的功能实现更为简便，并且解决传统缓存结构在接收数据帧时的缓存浪费的弊端。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种适用于WLAN的以太网MAC子层控制器，该控制器包括发送模块、接收模块、状态模块、控制模块、MII管理模块、发送缓存、接收缓存和寄存器模块；其中，发送缓存和接收缓存采用读地址可载入的异步FIFO，实现数据帧的存储，重传和丢弃；主机与MAC子层控制器之间的数据帧信息的交互通过数据帧缓存描述符来进行，数据帧缓存描述符分为发送缓存描述符和接收缓存描述符，发送缓存描述符用来控制数据帧的发送过程并记录和返回发送状态；接收缓存描述符用来控制读取接收到的数据帧并向主机返回帧接收状态。

上述方案中，所述发送模块包括发送数据通路子模块、发送CRC子模块、随机数子模块和发送状态机子模块，其中：

发送数据通路子模块，为发送模块的数据通路，用于为一帧数据添加前导码，填充字段以及CRC校验字段，并以半位元的格式输出一帧数据；

发送CRC子模块，用于计算一帧数据的CRC校验码序列，它在一帧数据结束后产生32位的有效的帧校验序列，并通过发送数据通路子模块发送至MII接口；

随机数子模块，用来产生符合二进制指数随机退避时间长度的随机数；

发送状态机子模块，是发送模块的状态机，按照802.3协议的要求完成发送一帧数据时的状态转换；模块内部还包含若干个计数器，包括记录发送数据的字节数、重发次数的计数、IPG时间的计数和延迟时间计数，它与状态机子模块一起实现复杂的发送控制，包括对数据通路的控制、控制发送CRC子模块的初始化及使能，以及根据在发送过程中产生的各种状况产生状态信号至状态模块、发送缓存和接收缓存。

上述方案中，所述接收模块用于完成数据帧的接收和错误校验，接收模块从MII接口接收数据，识别前导码、目的地址，决定是否将此帧数据交给接收缓存，并对帧数据进行CRC校验；同时，接收模块会响应在接收过程中发生的各种情况并在接收结束后产生此帧数据的接收状态信号rx_status；接收模块包含接收计数器子模块、地址检测子模块、接收CRC子模块、接收数据通路和接收状态机子模块。

上述方案中，所述接收计数器子模块中包含若干计数器，用来对接收到的字节数、接收到的半字节数及帧间间隔进行计数；接收CRC子模块用来实现对一帧数据的CRC校验；接收状态机子模块用来控制帧接收过程中的状态转移。

上述方案中，所述发送缓存和接收缓存所采用的读地址可载入的异步FIFO，使用握手方式实现读写指针安全的异步时钟域之间的传输，通过握手方式传递读写指针，使得读写指针可以跳跃变化。