CN101304342B - 一种增强型以太网接口装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型以太网接口装置，其接收状态机接收PHY模块的以太网帧，解析获得以太网数据帧，产生第一状态描述符，并存储在底层数据FIFO缓存、底层状态FIFO缓存中；可编程逻辑器件组成的协议解析模块解析 接收底层数据FIFO缓存的数据帧，从中提取出数据帧包含的网络协议信息，同时，根据数据帧内容提出其状态信息结合第一状态描述符生成帧状态描述符，并存入高层协议数据FIFO缓存中；高层协议寄存器记录当前高层协议数据FIFO缓存的条目数量。本发明加入协议解析模块，可编程逻辑器件完成网络数据帧的协议解析，可以高效快速地提取网络数据帧中的网络协议信息，克服了使用软件解析网络数据帧方法的不足，大大降低了中央处理单元的运算负担。

Description

一种增强型以太网接口装置
技术领域
本发明涉及一种增强型以太网接口装置，应用于以太网通信，特别是网络故障测试领域。
背景技术
目前的以太网接口装置主要负责以太网络数据的收取，不能对接收到的数据帧进行网络协议信息的提取。通常，这些网络数据中网络协议信息的解析都是交由中央处理单元完成的，如图1所示。
在网络故障测试领域，测试设备往往需要全速率接收流经网络的大量数据帧。如果按照以往的方法将这些数据帧交由系统的中央处理单元处理，将会给中央处理单元增加极大的负载，在很多时候，还会造成系统无响应、网络数据帧丢失等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能高效快速提取网络数据帧中网络协议信息的增强型以太网接口装置。
为实现上述发明目的，本发明的增强型以太网接口装置，其特征在于，还包括：
一接收状态机，用于接收来自PHY模块的以太网帧，并解析获得以太网数据帧，产生第一状态描述符；
一底层数据FIFO缓存，用于存储来自接收状态机的所有以太网数据帧；
一底层状态FIFO缓存，用于存储来自接收状态机的、和以太网帧一一对应的第一状态描述符，第一状态描述符记录该以太网帧的信息；
一协议解析模块，由可编程逻辑器件组成，用于接收底层数据FIFO缓存的数据帧，解析数据帧的网络协议组成，从中提取出数据帧包含的网络协议信息，同时，根据数据帧内容提出其状态信息，结合来自底层状态FIFO缓存的第一状态描述符，生成帧状态描述符，用于描述数据帧的类型信息，帧状态描述符和网络协议信息一起组合成一个数据帧条目，传送给高层协议数据FIFO缓存；
一高层协议数据FIFO缓存，用于按数据帧条目存储来自协议解析模块的网络协议信息和帧状态描述符；
一高层协议寄存器，用于记录当前高层协议数据FIFO缓存中网络协议信息和帧状态描述符的条目数量；
所述的协议解析模块按照协议层次分层，包括有数据链路层协议处理单元、网络层协议处理单元以及高层协议处理单元；
在数据链路层协议处理单元，先对数据帧进行数据链路层解析，获取发送该数据帧主机的MAC地址和该数据帧的链路层协议类型；然后，在网络层协议处理单元，对数据帧进行网络层协议解析，获取发送数据帧主机的IP地址或者IPX节点地址和网络地址，并提取其网络层协议类型；最后，高层协议的类型信息将由高层协议处理单元解析得到。
本发明在以太网接口装置中，加入对网络数据帧的协议解析模块，可编程逻辑器件完成网络数据帧的协议解析，可以高效快速地提取网络数据帧中的网络协议信息，克服了使用软件解析网络数据帧方法的不足，大大降低了中央处理单元的运算负担，提高了网络故障测试系统的效能，保证了网络故障测试系统接收和处理网络数据帧的速度，以太网接口装置功能得到了增强。
附图说明
图1是现有技术的以太网接口装置的工作原理图；
图2是本发明增强型以太网接口装置一种具体实施方式原理框图；
图3是图2所示的协议解析模块一种实施方式原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明优选具体实施方式进行描述。在以下的描述中，当已有的现有技术的详细描述也许会淡化本发明的主题内容时，这些描述在这儿将被忽略。
图1是现有技术的以太网接口装置的工作原理图。以太网接口装置从接收来自PHY模块的以太网帧，但对其中的网络协议信息并不提取，而是送到中央处理单元进行处理，使用软件解析网络数据帧，这样会给中央处理单元增加极大的负载，在很多时候，还会造成系统无响应、网络数据帧丢失等问题。
图2是本发明增强型以太网接口装置一种具体实施方式原理框图。
如图2所示，在本实施例中，本发明增强型以太网接口装置包括高层FIFO缓存1、底层FIFO缓存2以及接收状态机3。高层FIFO缓存1包括高层协议寄存器101以及高层协议数据FIFO缓存102，底层FIFO缓存2包括底层状态FIFO缓存201以及底层数据FIFO缓存202。
在高层FIFO缓存1与底层FIFO缓存2之间有协议解析模块4。
接收状态机3接收来自PHY模块的以太网帧，并解析获得以太网数据帧，产生第一状态描述符。底层数据FIFO缓存202存储来自接收状态机3的所有以太网数据帧；底层状态FIFO缓存201存储来自接收状态机的、和以太网帧一一对应的第一状态描述符，第一状态描述符记录该以太网帧的信息。
在本实施例中，使用FPGA可编程逻辑器件组成协议解析模块4，用于接收底层数据FIFO缓存202的数据帧，解析数据帧的网络协议组成，从中提取出数据帧包含的网络协议信息，同时，根据数据帧内容提出其状态信息，结合来自底层状态FIFO缓存的第一状态描述符，生成帧状态描述符，用于描述数据帧的类型信息。帧状态描述符和网络协议信息一起组合成一个数据帧条目，传送给高层协议数据FIFO缓存102中
在本实施例中，网络协议信息包括：链路层协议类型、源MAC地址、源IPX地址，源IP地址，网络层协议类型，高层协议类型。
在本实施例中，第一状态描述符包括有：短帧标识、长帧标识、校验错误标识以及迟冲突帧。
高层协议数据FIFO缓存102按数据帧条目存储来自协议解析模块4的网络协议信息和帧状态描述符。
在本实施例中，高层协议数据FIFO缓存102存储的内容如表1：
Figure GSB00000061233100031
Figure GSB00000061233100041
表1
在本实施例中，高层协议数据FIFO缓存102如表1的设计充分考虑了FIFO设计时字节对齐的要求，并且在需要的时候还可以适当的添加字段。
帧状态描述符包含数据帧的类型信息，如广播帧，错误帧类型。状态描述符的各个数位表示了不同的意义，具体如表2所示：
  序号   信息   位宽  说明
  1   广播帧标识   1  指示该帧是广播帧。
  2   短帧标识   1  指示该帧是短帧。
  3   长帧标识   1  指示该帧是长帧。
4 校验错误标识 1 指示该帧的CRC32校验结果错误。
  5   迟冲突标识   1  指示该帧是迟冲突帧。
表2
链路层协议类型，网络层协议类型，高层协议类型三个字段的内容分别由16位整数表示，这些整数为其对应协议的协议号。表3是几个常见协议的协议号。
  协议名称   协议号
  Ether   1
  802.2   2
  802.3   3
  协议名称   协议号
  SNAP   4
  IP   0x0800
  IPX   0x8137
  ARP   0x0806
  OTHERS   0xFFFF
  …   …
表3
高层协议寄存器101记录当前高层协议数据FIFO缓存102中数据帧网络协议信息和帧状态描述符的条目数量。
在本实施例中，本发明的增强型以太网接口装置还包括有错误帧抛弃逻辑模块5，用于根据预先设定的接收控制位和底层状态FIFO缓存201读出的状态描述符中的错误帧标识，判断该以太网帧是否进一步接收，如果错误帧标识为接收控制位允许的，则进一步接收该以太网帧，否则，不接收，直接抛弃。
高层FIFO缓存1包括有高层数据FIFO缓存104和高层状态FIFO缓存103，用于存储错误帧抛弃逻辑模块判断后进一步接收的以太网帧数据和状态描述符。
通过底层数据FIFO缓存202和底层状态FIFO缓存201，先将以太网帧数据和状态描述符存储，这样可以轻易通过错误帧抛弃逻辑模块5中预先设定的接收控制位控制错误帧的主动接收，将以太网错误帧提取出来，存储到高层数据FIFO缓存104和高层状态FIFO缓存103中，用于网络故障测试。
图3是图2所示的协议解析模块一种实施方式原理框图。
在本实施例中，如图3所示，协议解析模块4按照协议层次分层，包括有数据链路层协议处理单元401、网络层协议处理单元402以及高层协议处理单元403。
在数据链路层协议处理单元401，先对数据帧进行数据链路层解析，获取发送该数据帧主机的MAC地址和该数据帧的链路层协议类型；然后，在网络层协议处理单元402，对数据帧进行网络层协议解析，获取发送数据帧主机的IP地址或者IPX节点地址和网络地址，并提取其网络层协议类型。此外，在本实施中，在处理过程中CDP、EDP等设备发现协议不属于网络层协议，但是，它运行在链路层协议之上，因此也交由网络层协议处理单元进行解析。最后，高层协议的类型信息将由高层协议处理单元403解析得到。
每一个协议处理单元都拥有数个属于该层协议的状态机，协议类型的确定过程就是一个状态机的匹配过程。当输入的数据帧达到一个协议处理单元时，协议处理单元将数据帧分发给各种协议的状态机进行处理。当相应状态机发现该数据帧不是本状态机负责解析的协议时，该状态机自动停止对新数据的接收工作。最后，只有唯一的一个状态机会将其处理结果送给下一个协议处理单元。
协议解析模块4完成网络协议信息提取后，将网络协议信息和帧状态描述符提交给高层协议数据FIFO缓存102，并增加高层协议寄存器101的计数值，即条目数量。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，但应当清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种增强型以太网接口装置，其特征在于包括：
一接收状态机，用于接收来自PHY模块的以太网帧，并解析获得以太网数据帧，产生第一状态描述符；
一底层数据FIFO缓存，用于存储来自接收状态机的所有以太网数据帧；
一底层状态FIFO缓存，用于存储来自接收状态机的、和以太网帧一一对应的第一状态描述符，第一状态描述符记录该以太网帧的信息；
一协议解析模块，由可编程逻辑器件组成，用于接收底层数据FIFO缓存的数据帧，解析数据帧的网络协议组成，从中提取出数据帧包含的网络协议信息，同时，根据数据帧内容提出其状态信息，结合来自底层状态FIFO缓存的第一状态描述符，生成帧状态描述符，用于描述数据帧的类型信息，帧状态描述符和网络协议信息一起组合成一个数据帧条目，传送给高层协议数据FIFO缓存；
一高层协议数据FIFO缓存，用于按数据帧条目存储来自协议解析模块的网络协议信息和帧状态描述符；
一高层协议寄存器，用于记录当前高层协议数据FIFO缓存中网络协议信息和帧状态描述符的条目数量；
所述的协议解析模块按照协议层次分层，包括有数据链路层协议处理单元、网络层协议处理单元以及高层协议处理单元；
在数据链路层协议处理单元，先对数据帧进行数据链路层解析，获取发送该数据帧主机的MAC地址和该数据帧的链路层协议类型；然后，在网络层协议处理单元，对数据帧进行网络层协议解析，获取发送数据帧主机的IP地址或者IPX节点地址和网络地址，并提取其网络层协议类型；最后，高层协议的类型信息将由高层协议处理单元解析得到。
2.根据权利要求1所述的增强型以太网接口装置，其特征在于，所述的网络协议信息包括：链路层协议类型、源MAC地址、源IPX地址，源IP地址，网络层协议类型，高层协议类型；
所述的帧状态描述符包括有：广播帧标识、短帧标识、长帧标识、校验错误标识以及迟冲突帧。
3.根据权利要求1所述的增强型以太网接口装置，其特征在于，所述的数据链路层协议处理单元、网络层协议处理单元以及高层协议处理单元都拥有数个属于该层协议的状态机，协议类型的确定过程是一个状态机的匹配过程；
当输入的数据帧达到一个协议处理单元时，协议处理单元将数据帧分发给各种协议的状态机进行处理，当相应状态机发现该数据帧不是本状态机负责解析的协议时，该状态机自动停止对新数据的接收工作，最后，唯一的一个状态机会将其处理结果送给下一个协议处理单元。
4.根据权利要求1所述的增强型以太网接口装置，其特征在于，还包括：
一错误帧抛弃逻辑模块，用于根据预先设定的接收控制位和底层状态FIFO缓存读出的状态描述符中的错误帧标识，判断该以太网帧是否进一步接收，如果错误帧标识为接收控制位允许的，则进一步接收该以太网帧，否则，不接收，直接抛弃；
一高层数据FIFO缓存和高层状态FIFO缓存，用于存储错误帧抛弃逻辑模块判断后进一步接收的以太网帧数据和状态描述符。
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