[发明专利]一种兼具NTP和PTP功能的以太网卡及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以太网卡，具体地说，是涉及一种兼有NTP和IEEE 1588PTP两种功能的以太网卡及其实现方法。

背景技术

以太网卡是计算机与互联网络之间的一种必备的连接装置，它包括OSI(开方系统互联)模型的两个层：物理层和数据链路层。物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。以太网卡中数据链路层的芯片一般简称之为MAC控制器，物理层的芯片我们简称之为PHY。许多以太网卡的芯片已经在外形上把MAC和PHY的功能集成到了一颗芯片内，但是MAC和PHY的机制还是单独存在的。

MAC芯片不但要实现MAC子层和LLC子层的功能，还要提供符合规范的PCI界面，以实现和主机的数据交换，其结构包含MAC(介质访问控制)子层和LLC(逻辑链路控制)子层。MAC芯片的一端接计算机PCI总线，另外一端连接PHY芯片上。在MAC芯片从PCI总线接收IP数据包(或者其他网络层协议的数据包)后，将之拆分并重新打包成最大1518Byte、最小64Byte的帧，这个帧包括了目标MAC地址、自己的源MAC地址、数据包里面的协议类型，以及一个DWORD(4Byte)的CRC码。以太网卡的PHY芯片是实现物理层的重要功能器件之一，其结构包括MII/GMII(介质独立接口)子层、PCS(物理编码子层)、PMA(物理介质附加)子层、PMD(物理介质相关)子层、MDI子层。

MAC芯片和PHY芯片通过IEEE定义的标准的MII/GigaMII(Media Independed Interfade，即介质独立界面)实现连接。而MAC对PHY的工作状态的确定和对PHY的控制则是使用SMI(Serial Management Interface)界面通过读写PHY的寄存器来完成的。PHY芯片内的部分寄存器也是IEEE定义的，PHY把自己的当前状态反映到寄存器后，MAC通过SMI总线读取PHY的状态寄存器便可得知当前PHY的状态。

网络时间协议NTP(Network Time Protocol)是用于互联网中时间同步的标准互联网协议，其用途是把计算机的时间同步到某些时间标准。它以GPS时间代码传送的时间消息为参考标准，采用Client/Server结构，具有相当高的灵活性，可以适应各种互联网环境。NTP不仅校正现行时间，而且持续跟踪时间的变化，能够自动进行调节，即使网络发生故障，也能维持时间的稳定。NTP产生的网络开销甚少，并具有保证网络安全的应对措施。这些措施的采用使NTP可以在互联网上获取可靠和精确的时间同步，并使NTP成为互联网上公认的时间同步工具。

IEEE 1588PTP协议借鉴了NTP技术，与NTP相比，它具有配置更容易、收敛速度更高以及对网络带宽和资源消耗更少等特点。它的主要原理是通过一个同步信号周期性地对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步。IEEE1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。

目前来说，普通以太网卡的技术和应用已经非常成熟，无论从原理还是从生产上对于网络设备生产厂家都不存在任何问题。NTP协议在互联网中和时间同步子网中都得到了广泛的应用，越来越多的NTP服务器出现在互联网上。但是，普通以太网卡的应用主要体现在普通的网络数据传输，提供上网服务和工业控制等，NTP协议的应用主要体现在对时间精度要求不是很高的网络环境和一些时间同步子网中，两者之间并没有交集。基于此原因，现有的以太网卡并不能提供NTP协议的授时功能，而NTP协议应用于专用的服务器时，则只提供授时功能。随着互联网的发展和延伸，越来越多的领域对时间同步提出了更高的要求，NTP已经不能满足某些领域高精度、高可靠性时间传输的需求，而IEEE 1588PTP协议作为新兴的标准，由于具有更优良的性能，将会成为以后主流的时间协议标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具NTP和PTP功能的以太网卡，将NTP和PTP两种协议集成于一张网卡上，实现两种协议的功能，使以太网卡既能够满足一般用户对网络访问的需求，又能够满足在特定环境下特殊用户对高精度时间戳的需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：