[发明专利]一种高速全双工交换以太网控制器

说明书

技术领域：

本发明属于数据通信领域，具体涉及一种高速全双工交换以太网控制器。

背景技术：

交换以太网技术源于国外大型客机项目，协议控制器是终端系统的核心模块，用于完成数据链路层协议解析，除大型客机上使用的产品外，大部分为实验室仿真测试设备。此类设备在实际使用中存在如下问题：一是网络端口带宽固定为100Mbps，数据通信的实时性一般；二是协议处理通过软硬件协同实现，数据传输延迟较大。

航空电子全双工交换式以太网网卡及其集成化方法（中国专利CN101902504A）基于协议控制器构建交换式以太网网卡，用于处理传输层、网络层、链路层和物理层协议；一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器（中国专利CN102209000A）通过主动产生分层错误流量，模拟终端系统发生的错误，对AFDX网络通信进行错误分析和模拟；一种航空电子通信网络的终端系统（中国专利CN101547148）将网络接口电信号转换成光信号，构建基于光传输的交换式以太网终端系统；一种网络测试装置（中国专利CN102325057A）在AFDX网络测试设备中增加数据捕获功能，对各类系统端口数据进行测试和监控。

实验室仿真测试设备以及相关专利成果主要集中在终端系统集成和测试功能设计上，并没有对协议控制器性能进行提升，不能适应高速、高可靠系统需求。

发明内容：

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提出一种高速、高效、配置灵活和并发处理能力强的全双工交换以太网控制器；用于全双工交换以太网数据链路层协议处理以及数据管理，并提供标准外部接口，便于构建终端系统。具体如下：

控制器具体功能包括：收/发数据缓冲区动态管理，访存空间2MB，支持128路虚拟链路全双工数据存储；支持数据帧编号控制；支持接收冗余管理；支持完整性检查；支持全双工1Gbps高速数据传输；支持带宽分配、流量整形调度与冗余发送间隔控制。

为实现上述功能，控制器主要由19个模块组成，具体包括：双口访问模块、接收传输控制模块、发送传输控制模块、接收冗余管理模块、完整性检查A模块、完整性检查B模块、整流器模块、调度器模块、发送冗余管理模块、媒介访问控制A模块、媒介访问控制B模块、处理器访问模块、控制状态寄存器模块、虚拟链路配置表模块、发送有效标识模块、在线调试/配置模块、串口控制器模块、PHY管理模块和中断管理模块。

双口访问模块主要用于实现对外部双口RAM进行数据存取。接收传输控制模块主要用于将经过协议处理的接收数据通过双口访问模块，存入外部双口RAM的相应缓冲区，数据传输完成后，置状态标志，并通过中断管理模块向上层协议处理器申请接收完成中断。发送传输控制模块主要用于通过双口访问模块读取外部双口RAM发送缓冲区的待发送数据。

接收冗余管理模块主要用于实现对网络A和B经过完整性检查的接收帧数据的冗余管理。完整性检查A和B模块根据相应的完整性检查通过原则，实现对接收的帧数据进行完整性检查。

整流器模块主要用于根据虚拟链路配置，对不同虚拟链路数据发送时机进行控制，从而将各虚拟链路的带宽控制在一定范围，避免线路冲突。调度器模块主要用于终端系统需要同时进行多虚拟链路数据发送时，协调各虚拟链路帧数据发送。发送冗余管理模块主要用于根据设置以及协议规范的最大间隔，控制发送帧数据在网络A和B上的发送间隔和先后顺序。

媒介访问控制A和B模块主要用于以太网MAC层协议控制，即将上层协议处理后的数据进行控制，产生符合协议规范的数据流。

处理器访问模块主要用于控制处理器对控制状态寄存器、MAC A/B寄存器、虚拟链路配置表和发送有效标识寄存器的访问。控制状态寄存器模块主要用于将用户设置信息输出给相应模块，控制数据收发和协议控制，同时将控制器的工作状态返回给上层。虚拟链路配置表主要用于存储网络的虚拟链路信息，包括虚拟链路编号、带宽分配间隔、最大发送间隔等。虚拟链路发送有效标识主要用于存储终端系统当前需要发送虚拟链路数据的标识。

在线调试/配置模块主要用于解析调试和配置指令，对控制状态寄存器和虚拟链路配置表等进行访问，并与串口控制器模块通信，从而通过串口实现在线对控制器进行调试和配置。串口控制器模块主要用于实现通用异步串行数据通信的协议控制，接收外部调试设备发送的调试配置指令和配置数据，或发送在线调试模块输出的调试信息。