[发明专利]一种实现ARP协议IP核的方法

摘要

本发明涉及一种实现的ARP协议IP核的实现方法。现有的ARP协议功能大多与操作系统绑定，不易于硬件集成。本发明实现的IP核为上层协议(或上层模块)提供ARP协议中的IP地址与MAC地址映射关系的查询、管理ARP表项、提供快速老化机制、发送ARP请求、自动回复其它主机的ARP请求、管理查询超时。本发明中的ARP协议IP核带有Wishbone标准片内总线接口，在系统集成过程中，很容易实现即插即用，具有良好的可移植性。同时，本发明集成了ARP协议所有功能，减轻了主机管理ARP协议相关信息的负担。

主权项

1、一种实现ARP协议IP核的方法，包括管理和查询ARP缓存、接收ARP报文并根据接收到的报文类型做出响应，其特征在于：管理和查询ARP缓存的步骤包括：a、主机通过Wishbone总线将查询MAC-IP地址对的命令写入寄存器中，该命令包括待查询的IP地址和本次查询的标志符；提取命令中的这两个信息，分别存入待查询IP地址寄存器和待查询IP地址的标识符寄存器中，并产生开始查询的使能信号；b、将IP查询指针寄存器清零，使之指向ARP缓存的开始位置；c、若ARP缓存满寄存器的值为1，则比较IP查询指针寄存器中的值和ARP缓存的总深度，若前者的值大于后者，则转到步骤g，即在ARP缓存中没有找到主机请求的IP地址；若前者的值小于等于后者，则转到步骤d；若ARP缓存满寄存器的值为0，则比较IP查询指针寄存器的值和ARP缓存边界指针寄存器的值，若前者大于等于后者，则转到步骤g，即在ARP缓存中没有找到主机请求的IP地址；若前者小于后者，则转到步骤d；d、以IP查询指针寄存器的值为地址，读取ARP缓存中IP地址队列中的IP地址的低16位，将该值与待查询IP地址寄存器的低16位比较，若两者相同则转步骤e；若两者不相等，则将IP查询指针寄存器的值加1，并更新到该寄存器中，然后转到步骤c；e、以IP查询指针寄存器的值为地址，读取ARP缓存中IP地址队列中的IP地址的高16位，将该值与待查询IP地址寄存器的高16位比较，若两者相同则转步骤f，即找到主机请求的IP地址；若两者不相等，则将IP查询指针寄存器的值加1，并更新到该寄存器中，然后转到步骤c；f、将以IP查询指针寄存器的值为基地址，从ARP缓存的MAC地址队列中读出MAC地址，并写入到MAC缓存中；然后以中断方式通知主机，表明在ARP缓存中找到了MAC-IP地址对应关系，查询结束；g、将待查询IP地址寄存器的值写入IP查询缓存中，并启动与待查询IP地址标志符对应的查询超时倒计数器，同时更新有效待查询IP地址向量寄存器，将该寄存器中与待查询IP地址标志符对应的位设为1，然后转到步骤h；其中，超时倒计数器初值为T0，计数的步长为1秒，计数的基准由外部输入；i、按照ARP协议格式，将报文中的数据按照报文格式要求依次写入发送缓冲区，并以中断方式通知主机，表示有一条ARP报文需要发送，查询结束；接收ARP报文并根据接收到的报文类型做出响应的具体步骤包括：j、主机通过wishbone接口将数据包写入ARP报文接收缓存区中，同时接收报文并提取报文中的关键信息，并存入相应的寄存器中，然后判断报文的目的IP地址是否与本地的IP地址相同，若不相同则转步骤q，若相同则转步骤k；所述的关键信息包括报文类型、目的IP地址、源IP地址和源MAC地址；k、根据报文类型寄存器的值判断报文的类型，若报文为ARP响应报文或是ARP请求报文，则转步骤1；若既不是ARP响应报文也不是ARP请求报文则转步骤q；l、将源IP地址和源MAC地址寄存器中的值分别存入ARP缓存中的IP地址队列和MAC地址队列，存入的位置为ARP缓存边界指针寄存器所指定的位置；若ARP缓存边界指针寄存器当前指向ARP缓存的最后一个位置，则将ARP缓存满寄存器设为1，同时将ARP缓存边界指针寄存器复位到0；若ARP缓存边界指针寄存器当前不是指向ARP缓存的最后一个位置，则将ARP缓存边界指针寄存器加1后，更新到该寄存器中；m、根据报文类型寄存器的值判断报文的类型，若为ARP请求报文则转步骤s，若为ARP响应报文转步骤n；n、将有效待查询IP地址向量寄存器的值复制到当前待查询IP地址向量寄存器中；o、若当前待查询IP地址向量寄存器为0，即本地没有有效的待查询IP地址，结束报文接收和响应的过程；若当前待查询IP地址向量寄存器不是0，则通过首1检测器找到当前待查询IP地址向量首个1在向量中的位置，并将该位置的值存入当前IP查询缓存地址寄存器中；其中首1检测器的输入为二进制的当前待查询IP地址向量，输出为该向量中首个1在向量中的位置；p、以当前IP查询缓存地址寄存器的值为地址，读取IP查询缓存中存储的IP地址的低16位，将该值与源IP地址寄存器的低16位比较，若两者不相等，则将当前待查询IP地址向量寄存器中首个1复位到0，并转到步骤o；若从IP查询缓存中读取的值与源IP地址寄存器的低16位相等，则转到步骤q；q、以当前IP查询缓存地址寄存器的值为地址，读取IP查询缓存中存储的IP地址的高16位，将该值与源IP地址寄存器的高16位比较，若两者不相等，则将当前待查询IP地址向量寄存器中首个1复位到0，并转到步骤o；若从IP查询缓存中读取的值的高16位与源IP地址寄存器的高16位相等，则转到步骤r；r、停止IP查询缓存中与当前IP查询缓存地址寄存器相对应的计时器，将计时器复位，并将源MAC地址寄存器的值存入MAC缓存中，然后通过中断方式通知主机，找到一条待查询的MAC-IP地址对应关系，结束报文接收和响应的过程；s、若为ARP请求报文，将报文按照协议规定的格式写入ARP发送缓冲区中，并用中断方式通知主机，请求发送一条报文，结束报文接收和响应的过程。