CN101635661B

CN101635661B - 一种交换式的hdlc总线

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Publication number: CN101635661B
Application number: CN2009101623831A
Authority: CN
Inventors: 陈俊强; 李传宝
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: CN101635661A

Abstract

一种交换式的HDLC总线，涉及光网络设备的节点内部单盘管理技术，包括设在网元节点内的主控单元和被管理单元，主控单元中设有一CPU，其特征在于：主控单元中还设有HDLC管理单元，HDLC管理单元通过CPU局部总线接口和CPU交互数据，通过HDLC接口与若干被管理单元连接。本发明所述的交换式的HDLC总线，采用专用的ASIC管理芯片及其软件技术，具有全双工通信和低成本的优点，提高了HDLC总线的管理性能，使得采用HDLC总线机制进行管理的光网络设备可以很容易地实现交换功能。

Description

一种交换式的HDLC总线

技术领域

本发明涉及光网络设备的节点内部单盘管理技术，关键技术涉及HDLC总线技术和数据交换技术，具体地说是一种交换式的HDLC总线。

背景技术

网元节点内部通信机制是实现光网络设备可管理可维护功能的基础，其主要目的是提供管理盘和其他被管理盘通信的信道和机制，使得管理盘可以实时获取被管理盘的信息，并可以对被管理盘进行实时控制。

光网络设备的节点内部通信一般采用以下几种机制：1.HDLC总线；2.485总线；3.以太网总线。其中，HDLC总线和以太网总线由于速度高，用得最广泛。

HDLC总线和以太网总线这两种技术相比较而言：

1)以太网总线具有全双工通信的能力，可以实现任意单盘间的对等通信的优点，但要求所有单盘均支持以太网通信，硬件成本较高，在成本不敏感的高端设备中比较适合采用以太网总线；

2)传统的HDLC总线本质上是一种基于主从机制的共享式半双工的通信总线，即任何时候只允许一个节点向总线发送数据，这样就不能实现真正意义上的全双工通信。但优点是成本较低，比较适合于低端光网络设备。

综上所述，传统的HDLC管理总线是半双工的机制，存在以下局限：

1)只能采用轮询的管理方式，采集信息的速度较慢；

2)难以实现单盘告警主动上报；

3)不支持任意单盘之间的随机通信；

4)物理拓扑采用点到多点的结构，存在阻抗匹配和信号完整性问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种交换式的HDLC总线，对传统的HDLC总线进行改造，采用了专用的ASIC管理芯片及其软件技术，结合了以太网全双工通信的优点和HDLC总线低成本的优点，从而在几乎不增加成本的前提下提高了HDLC总线的管理性能，使得采用HDLC总线机制进行管理的光网络设备也可以很容易地实现一些传统上不具备的功能，如：单盘自动发现，单盘信息主动上报等。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种交换式的HDLC总线，包括设在网元节点内的主控单元和被管理单元，主控单元中设有一CPU，其特征在于：主控单元中还设有HDLC管理单元，HDLC管理单元通过CPU局部总线接口和CPU交互数据，通过HDLC接口与若干被管理单元连接。

在上述技术方案的基础上，HDLC接口传输UDn、DDn和CLKn三个信号，UDn是上行数据信号，由被管理单元发送至主控单元，DDn是下行数据信号，由主控单元发送至被管理单元，CLKn是收发时钟，由主控单元提供。

在上述技术方案的基础上，主控单元和HDLC管理单元的配置比例为1∶1～1∶4。

在上述技术方案的基础上，每个HDLC管理单元设有一路CPU局部总线接口和至少1路HDLC接口，每路HDLC接口都是全双工的通信通道，被管理单元可以通过该通信信道在任意时刻发起数据通信。

在上述技术方案的基础上，HDLC管理单元设有32路HDLC接口。

本发明所述的交换式的HDLC总线，对传统的HDLC总线进行改造，采用专用的ASIC管理芯片及其软件技术，具有全双工通信和低成本的优点，提高了HDLC总线的管理性能，使得采用HDLC总线机制进行管理的光网络设备可以很容易地实现交换功能。

附图说明

本发明有如下附图：

图1交换式的HDLC总线的各功能模块及其相互逻辑关系；

图2主控单元的HDLC管理单元的软件模块结构；

图3数据交换层对数据包的处理流程。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明是对传统的HDLC总线的改造，交换式的HDLC总线的各功能模块及其相互逻辑关系如图1所示，包括设在网元节点内的主控单元和被管理单元，主控单元中设有一CPU，主控单元中还设有HDLC管理单元，HDLC管理单元通过CPU局部总线接口和CPU交互数据，通过HDLC接口与若干被管理单元连接。本发明中所提及的主控单元和被管理单元均位于光网络设备的不同机盘(也称为板卡)上，这些机盘通过背板互联，如果没有背板，各机盘之间就无法交换信息，背板可以说是联系各个机盘的枢纽。图1中的背板主要是表示主控单元和被管单元之间是如何联系的，实际上背板间传输的信号很多，其中就包括本发明所描述的“交换式的HDLC总线”。

在上述技术方案的基础上，如图1所示，HDLC接口传输UDn、DDn和CLKn三个信号，UDn是上行数据信号，由被管理单元发送至主控单元，DDn是下行数据信号，由主控单元发送至被管理单元，CLKn是收发时钟，由主控单元提供。

在上述技术方案的基础上，每个HDLC管理单元设有一路CPU局部总线接口和至少1路HDLC接口，每路HDLC接口都是全双工的通信通道，被管理单元可以通过该通信信道在任意时刻发起数据通信。数据通信中传输的数据由HDLC管理单元接收并通过CPU局部总线接口传输到CPU中进行处理，数据经过二层交换进行处理，如果目的地址是主控单元，则送给主控单元的应用层软件；如果目的地址是其他被管理单元，则转发至其他被管理单元。详细数据处理流程见图3。

在上述技术方案的基础上，每个HDLC管理单元设有32路HDLC接口。当配置4个具有32路HDLC接口的HDLC管理单元时，本发明所述的HDLC总线最大可以管理128个被管理单元。HDLC管理单元是一种复用管理芯片，配置有如图2所示的相应的软件模块，图2所示的相应的软件模块可采用现有技术实现，可构成一个具有32～128路端口的系统交换核心，各个通信实体采用点到点的方式接到其中的一个端口，构成无阻塞的全双工交换系统，从而将传统的HDLC总线改造成为了一种支持全双工通信的交换式HDLC总线。

图2描述了HDLC管理单元的软件模块结构，为了实现灵活的数据交换以及对上层提供透明的传输功能，HDLC管理单元实现了一个小型的二层协议栈，其中：

1)HDLC收发驱动程序构成HDLC收发驱动层，完成实际的物理HDLC帧的发送与接收；

2)数据交换模块构成数据交换层，是一个软件交换机，完成各个端口的数据交换，包括地址cache管理、队列管理，转发等子模块。地址cache管理实现地址与端口的映射关系，形成一张地址端口映射表，有了这个表，应用层就无需关心数据要发给哪个端口，只需填好目的地址，即可将数据包发给应用接口层处理，应用接口层定义了专用的数据通信协议(含地址解析协议)来支持地址cache管理功能。数据通信中用到的收发队列由专用的队列管理模块来管理，通过操作这些队列来完成数据在各个端口之间的高效交换，从而避免大量的数据拷贝操作。专用的数据通信协议中的专用二字是特指其有别于标准以太网协议中的地址解析协议。专用的队列管理模块中的专用二字是指在软件设计中，为了提高数据通信效率，专门在内存中建立的队列及其管理模块，这些队列是支持DMA的，即硬件可以直接通过DMA将接收数据送到内存队列或将发送数据从内存队列直接发出，不需要CPU的干预。CPU只需在处理收发中断时修改队列的属性即可。

所说的专用的数据通信协议定义如下：

目的地址(1字节)

源地址(1字节)

控制字(1字节)

长度(2字节)

协议数据单元PDU(可变长)

目的地址：指目的机盘地址，即目的槽位地址，只需一个字节即可，0xff表示广播地址；

源地址：指源机盘地址，即源槽位地址，只需一个字节即可；

控制字：1字节，用于表示本帧是控制帧还是信息帧，1表示控制帧，0表示信息帧。控制帧主要用于实现地址解析协议，信息帧用于普通数据帧收发。

长度域：2字节，指协议数据单元的长度。

协议数据单元PDU：是应用层管理协议数据。

机盘是泛指光网络设备上所插的各种板卡，一般简称为“盘”或“板”，包括管理类板卡和各种业务类板卡。管理单元位于管理盘上，被管理单元位于业务盘上。在系统中，每个槽位分配了不同的槽位地址，机盘插上之后，可以读取该地址。本发明定义的地址解析协议很简单：当不知地址与端口的对应关系时，要向各个端口广播发送一次地址解析请求帧，收到响应帧的端口来更新地址端口cache表，从而获得地址与端口的对应关系。

地址解析协议定义了两种帧，其帧数据格式定义如下：

A)请求帧格式：

目的地址：0xff	源地址：本盘地址	控制字：1	长度：0x0002	协议数据单元PDU(可变长)：
					(1字节)	(1字节)	(1字节)	(2字节)	字节1，字节2

其中：目的地址为广播地址0xff，源地址是本盘地址。长度域为0x0002。协议数据单元为2字节，字节1＝0x01，表示控制帧类型为地址解析协议请求帧，字节2是要解析的地址值。

B)响应帧格式：

目的地址：(1字节)

源地址：本盘地址(1字节)

控制字：1(1字节)

长度：0002(2字节)

协议数据单元PDU(可变长)：字节1，字节2

其中：目的地址就是收到的请求帧中的源地址，源地址是本盘的地址。长度域为0x0002。协议数据单元为2字节，字节1＝0x02，表示控制帧类型为地址解析协议响应帧，字节2是发出本响应帧的机盘地址值。

3)应用层接口构成应用接口层，是与应用层软件的接口，提供一组应用层API接口，包括数据发送功能、数据接收功能以及接口状态统计查询功能接口，供应用层调用。

图3描述了数据交换层对信息帧数据包的处理流程。首先进行接收处理，然后获取数据包的目标地址信息，如果是广播帧，则将该帧数据转发到除接收端口之外的其他端口；如果不是广播帧，则需要查找地址cache表，如果在地址cache表中找到该地址所对应的端口号，则将该帧数据转发到相应的端口。如果在cache表中未找到相应的表项，则向各个端口广播发送一次地址解析帧，等待回应以更新地址cache表。

交换式HDLC总线上的任何通信实体均可以随时发起对其他通信实体的数据通信，只需要遵循上述的协议格式即可。主控单元软件内部设计一个数据交换层，用来实现对32个HDLC端口及CPU端口任意二者之间的数据交换，以完成任意实体(主控单元、被管理单元)之间的数据交换，从而实现一个软件交换机。

数据交换主要有以下4种情况：

1)主控单元向被管理单元发送的数据，将由CPU总线发送到HDLC管理芯片，根据目的地址由HDLC管理芯片的驱动软件发送到目标实体。

2)被管理单元发送到主控单元的数据，进入HDLC管理芯片，数据交换层收到后，判断该帧的目的地址是主控单元，则送主控单元上层软件处理。

3)被管理单元发到被管理单元的数据，进入HDLC管理芯片，数据交换层收到后，该数据帧目的地址不是主控单元，则通过数据交换层转发到相应的端口，送到目标实体。

4)广播地址：当某实体(主控单元或者被管理单元)需要与所有其他实体通信时，可以采用广播方式，将目的地址设置成广播地址，当数据交换层收到的数据帧是广播帧时，则向除接收端口之外的其他端口转发。

本发明有效地解决了传统HDLC管理总线半双工机制的不足，通过仅在主控单元上增加了一种专用ASIC芯片及相关软件的方法，将传统的HDLC管理总线改造成了全双工的交换式HDLC总线，在保持HDLC方式低成本的优势的前提下，获得了以太网管理方式的所有优点，弥补了传统HDLC总线功能的不足，如：所有节点之间(包括主控节点、其他被管理节点)都可以进行全双工的通信，可以支持单盘管理信息的主动上报等。本发明采用点对点的物理结构，可以通过简单的阻抗匹配措施很好地解决传统HDLC总线的信号完整性问题。

总之，本发明提供了一种结合了以太网机制优点的低成本的基于HDLC的管理方案，这种方案有利于继承原有的HDLC管理方式的成果，实现低成本和高性能的设备内部节点管理机制。

本发明的技术方案特点如下：

1)硬件上根据容量要求在主控单元上增加1～4片具有HDLC复用管理功能的ASIC芯片作为HDLC管理单元，例如：可以选用烽火公司的WGS71132作为HDLC管理单元，WGS71132是一种完成32路HDLC管理功能的ASIC芯片，这样可以构成32、64、96或128路的HDLC交换系统；每个被管理单元分配一个交换端口，通过DDn、UDn、CLKn三根线与机盘相连接，具体地说是通过DDn、UDn、CLKn三根线与增加的具有HDLC复用管理功能的ASIC芯片连接。

2)主控单元盘软件要实现一个二层交换机软件协议栈，如图2所示，由HDLC收发驱动层、数据交换层和应用接口层构成，其中主要功能包括：支持地址解析协议，支持动态地址cache表，实现多个数据收发队列，通过队列数据交换来完成高效的数据交换功能。通过这个软件协议栈实现了一个二层软件交换机，从而实现了各个HDLC端口以及CPU接口之间的数据交换。

3)定义了一套简单的数据通信协议，用于对应用层的管理数据进行封装，以完成应用层数据的传输服务，同时完成地址解析协议等自身维护协议。

4)所有的硬件及软件数据交换功能只需在主控单元实现，原有的被管理单元硬件可以不用作任何修改，而只需遵循所定义的通信协议即可，这样可以使现有成果得到很好的继承。

5)各通信实体与交换核心硬件采用点到点的连接，很容易控制阻抗匹配，可以有效确保信号完整性。

Claims

1.一种交换式的HDLC总线，包括设在网元节点内的主控单元和被管理单元，主控单元中设有一CPU，其特征在于：主控单元中还设有HDLC管理单元，HDLC管理单元通过CPU局部总线接口和CPU交互数据，通过HDLC接口与若干被管理单元连接；

所述HDLC管理单元根据容量要求为1～4片具有HDLC复用管理功能的ASIC芯片，所述ASIC芯片选用烽火公司的WGS71132；

每个被管理单元分配一个交换端口，通过DDn、UDn、CLKn三根线与具有HDLC复用管理功能的ASIC芯片连接；

HDLC接口传输UDn、DDn和CLKn三个信号，UDn是上行数据信号，由被管理单元发送至主控单元，DDn是下行数据信号，由主控单元发送至被管理单元，CLKn是收发时钟，由主控单元提供；

HDLC管理单元实现了一个小型的二层协议栈，其中：

2)数据交换模块构成数据交换层，是一个软件交换机，完成各个端口的数据交换，包括地址cache管理、队列管理，转发子模块；

3)应用层接口构成应用接口层，是与应用层软件的接口，提供一组应用层API接口，包括数据发送功能、数据接收功能以及接口状态统计查询功能接口，供应用层调用；

通过这个软件协议栈实现了一个二层软件交换机，从而实现了各个HDLC端口以及CPU接口之间的数据交换。

2.如权利要求1所述的交换式的HDLC总线，其特征在于：每个HDLC管理单元设有一路CPU局部总线接口和至少1路HDLC接口，每路HDLC接口都是全双工的通信通道，被管理单元可以通过该通信信道在任意时刻发起数据通信。

3.如权利要求2所述的交换式的HDLC总线，其特征在于：HDLC管理单元设有32路HDLC接口。