[发明专利]一种基于国产FPGA的实现以太网交换功能系统及方法

权利要求书

1.一种基于国产FPGA的实现以太网交换功能系统，其特征在于，包括依次连接的网口物理层模块、现场可编程逻辑FPGA器件、微处理器和外置SRAM存储器；其中

所述网口物理层模块用于连接网口和处理网口物理层的数据，并将数据传输至所述现场可编程逻辑FPGA器件；

所述现场可编程逻辑FPGA器件用于完成网口MAC的缓冲及网络包的二层/三层转发处理过程；具体如下：所述现场可编程逻辑FPGA器件包括网络交换处理单元、SRAM控制器、SPI控制器和DMA控制器，所述网络交换处理单元连接所述网口物理层模块，所述SRAM控制器、SPI控制器和DMA控制器均连接所述网络交换处理单元；所述网络交换处理单元用于完成网口MAC的接入、网络数据包的二层/三层转发处理及配置管理功能，所述SRAM控制器用于完成外部SRAM器件的读写访问接口，所述SPI控制器用于完成微处理器的SPI接口的适配处理以及提供微处理器到所述现场可编程逻辑FPGA器件内部数据空间操作处理的功能，所述DMA控制器用于完成四路虚拟DMA通道的数据队列处理以及提供微处理器与所述现场可编程逻辑FPGA器件之间的高速DMA通道；

所述网络交换处理单元包括若干MAC RxQ模块、输出端口查找模块、若干MAC TxQ模块、配置管理寄存器模块以及网络交换引擎，所述网络交换引擎包括输入队列调度模块和输出队列调度模块；所述MAC RxQ模块均连接所述网口物理层模块和所述输出队列调度模块，所述输出队列调度模块连接所述输出端口查找模块和所述DMA控制器，所述输出端口查找模块连接所述输出队列调度模块，所述输出队列调度模块连接是MAC TxQ模块和所述SRAM控制器；其中

所述MAC RxQ模块用于完成网口接收数据的MAC层处理，并通过内部FIFO对接收数据进行缓存后，将数据继续送往网络交换引擎的输入调度模块；

所述输入队列调度模块用于接收MAC层收到的以太网数据包和微处理器的DMA数据，完成调度接收处理；

所述输出端口查找模块用于决定网络数据包的转发路径，过程包括进行网络数据包的分析/处理、检查数据包内容、过滤各种错误的数据包、根据目的MAC或目的IP地址查找对应的转发表、确定数据包的下一跳设备和输出端口以及最后根据需要对数据包进行修改和封装、将数据包发往输出队列调度模块；

所述输出队列调度模块用于接收输出端口查找模块处理完成的数据包，并将数据包放入所述SRAM控制器的SRAM缓存区，根据数据包的控制信息将数据包分别送入相应的MAC层发送模块和微处理器的DMA数据通道；

所述MAC TxQ模块用于通过其内部FIFO对输出队列调度模块送来的网口发送数据进行缓存，并完成MAC层处理，将发送数据送往以太网PHY芯片，完成以太网数据包的转发；

所述配置管理寄存器模块用于完成网络交换处理单元的上述各模块功能的配置；

所述网络交换引擎、输入调度模块和输出队列调度模块负责输入输出队列的调度处理；

所述微处理器用于实现对FPGA内部寄存器空间的配置和状态查询功能，并可对以太网数据包进行处理；

所述外置SRAM存储器用于用于临时存储转发的网络包。

2.如权利要求1所述的一种基于国产FPGA的实现以太网交换功能系统，其特征在于，所述网口物理层模块通过GMII接口或RGMII接口连接所述现场可编程逻辑FPGA器件；所述现场可编程逻辑FPGA器件通过SPI接口连接所述微处理器。

3.如权利要求1或2所述的一种基于国产FPGA的实现以太网交换功能系统，其特征在于，所述网口物理层模块包括若干以太网隔离变压器和若干以太网PHY芯片；所述以太网隔离变压器一端外接网口、另一端连接所述以太网PHY芯片，所述以太网PHY芯片通过GMII接口或RGMII接口连接现场可编程逻辑FPGA器件。