CN102143058A - 双端口以太网系统的交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双端口以太网系统的交换装置，其包括：媒体访问控制器，其通过以太网来控制帧的发送和接收从而通过比较帧的IP地址和预设的IP地址来决定是否接受帧；收发缓冲器，其向上层装置发送帧且从上层装置接收帧，并通过特定总线连接到上层装置；数据分配器，其从媒体访问控制器接收帧并将帧传递给收发缓冲器和交换缓冲器中的至少一个；交换缓冲器，其从数据分配器接收帧并决定是否将帧传输到另一个媒体访问控制器的数据选择器；和数据选择器，其从收发缓冲器和交换缓冲器中的每个接收帧并将帧传输到媒体访问控制器，通过确定帧的优先级来选择由收发缓冲器输入的帧和由交换缓冲器输入的帧中的任一个，并将选择出的帧传递给媒体访问控制器。

Description

双端口以太网系统的交换装置

技术领域

本公开涉及一种具有双端口的以太网系统，更具体地涉及能够解决在具有双端口的以太网系统中由双端口造成的冲突的交换装置。

背景技术

目前，因为以太网通信系统由于其高速、普及化和大众化以及其易于连接到办公网络而具有许多优势，以太网通信系统在工业领域得到了广泛的普及。

此外，由于具有将一个模块连接到另一个模块的嵌入式交换功能以及布线的宽裕(comfortable)和冗余(redundant)功能，使用双端口的以太网技术是作为下一代工业通信网络最突出的通信方案。

为了使用双端口以太网，需要具有从一个端口交换到另一个端口的功能。现有技术中典型的交换类型包括存储转发型和直通型，其中数据帧是否被存储是固定的。供参考的是，帧是包含IP地址、MAC地址和有效负载的数据单元，并且包是包含IP地址和有效负载的数据单元。

但是，由于没有考虑实时特性和菊链式网络，现有技术的以太网交换类型不适于工业以太网。

图1a和图1b是图示了普通双端口以太网系统中的存储转发交换类型的视图。首先，因为以太网系统具有多个以太网端口，端口A和端口B，系统包括两个媒体访问控制器1。即，每个端口连接到以太网的每个媒体访问控制器(MAC)。每个媒体访问控制器1通过总线连接到上层装置，并通过总线与上层装置交换数据帧。

为了在多个端口之间中继数据帧，每个媒体访问控制器1连接到另一个媒体访问控制器，使缓冲器介于每个媒体访问控制器1与另一个媒体访问控制器之间。被中继的数据帧被存储在对差错进行检验的缓冲器5中。然后，如果在数据帧中没有差错，则中继数据帧。

此时，在每个端口处从以太网的媒体访问控制器1接收到的数据帧在经过缓冲器5之后通过总线被中继到另一个端口或者传递给上层装置。此时，从媒体访问控制器输出的数据帧被暂时地存储在缓冲器中，然后，在所有的数据帧被存储在缓冲器中之后数据帧被传输到目标媒体访问控制器以被中继。此时，如图1b所示发生了数据帧长度的传输延迟。

图2a和图2b是图示了普通双端口以太网系统中的直通交换类型的视图。

首先，因为以太网系统具有多个以太网端口，系统具有两个媒体访问控制器1。即，每个端口连接到以太网的媒体访问控制器，并且媒体访问控制器1通过总线依次连接到上层装置并通过总线交换数据帧。

为了在多个端口之间中继数据帧，一个媒体访问控制器1连接到另一个媒体访问控制器。被中继的数据帧被传递给另一个媒体访问控制器，然后被传输到另一个端口。

此时，在每个端口处从以太网的媒体访问控制器接收到的数据帧通过总线被中继到另一个端口或者传递给上层装置。从媒体访问控制器1输出的数据帧通过总线被传输到目标媒体访问控制器。此时，在数据帧在端口之间被中继同时对上层装置进行数据传输的情况下，在二者之间发生了冲突。

即，一般而言，在存储转发型中会发生数据帧长度的中继延迟，并且在数据帧被中继同时对上层装置进行数据传输的情况下在直通型中会发生冲突。

发明内容

根据本公开的一个方案，提供了一种双端口以太网系统的交换装置，所述交换装置包括：媒体访问控制器，其用于通过以太网来控制帧的发送和接收，从而通过比较帧的IP地址和预设的IP地址来决定是否接受帧；收发缓冲器，其用于向上层装置发送帧以及从上层装置接收帧，收发缓冲器通过特定总线连接到上层装置；数据分配器，其用于从媒体访问控制器接收帧并将帧传递给收发缓冲器和交换缓冲器中的至少一个；交换缓冲器，其用于从数据分配器接收帧，并决定是否将帧传输到另一个媒体访问控制器的数据选择器；以及数据选择器，其用于从收发缓冲器和交换缓冲器中的每个接收帧并将帧传输到媒体访问控制器，数据选择器通过确定帧的优先级来选择由收发缓冲器输入的帧和由交换缓冲器输入的帧中的任意一个，并将选择出的帧传递给媒体访问控制器。

在一些示例性实施例中，数据分配器通过确定帧的起始地址、目的地址和数据类型中的至少一个来决定是否将帧传输到交换缓冲器。

在一些示例性实施例中，交换缓冲器在向另一个媒体访问控制器的数据选择器的帧传输被延迟的情况下对所存储的帧检验FCS(帧校验序列)，并在检测到差错时不传输帧。

在一些示例性实施例中，交换缓冲器包括第一交换缓冲器和第二交换缓冲器，第一交换缓冲器将由数据分配器传递的帧传输到另一个媒体访问控制器，第二交换缓冲器将由另一个媒体访问控制器传递的帧传输到数据选择器。

附图说明

附图被包括以提供对本公开的进一步理解，其被并入本申请中并构成本申请的一部分，附图图示了本公开的实施例并与说明书一起用于说明本公开的原理。在附图中：

图1a和图1b是图示了普通双端口以太网系统中的存储转发交换类型的视图；

图2a和图2b是图示了普通双端口以太网系统中的直通交换类型的视图；以及

图3是示出根据本公开的实施例的双端口以太网系统的视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述本公开的优选实施例，其中，在全部附图中具有相同附图标记的元件指代相似的元件。此外，当被认为可能不必要地使本公开的本质不清楚时，已知功能和构造的某些详细说明被省略。

图3是示出根据本公开的实施例的双端口以太网系统的视图，其中以太网系统10包括媒体访问控制器11、数据分配器13、收发缓冲器15、交换缓冲器17和数据选择器19。

媒体访问控制器11通过以太网发送和接收帧。媒体访问控制器11暂时地存储所发送或者接收的帧，分析所存储的帧的报头，并将帧的IP地址与预设的IP地址进行比较，然后决定是否接收帧。

数据分配器13接收来自媒体访问控制器11的帧，并将其分别传递给收发缓冲器15和交换缓冲器17。数据分配器13将接收到的帧的起始地址、目的地址和数据类型中的至少一个与预设的基准信息进行比较，并决定是否将帧传输到交换缓冲器17。

收发缓冲器15通过总线连接到上层装置，且将数据帧发送到上层装置以及从上层装置接收数据帧。

交换缓冲器17从数据分配器13接收帧，并决定是否将帧传输到另一个媒体访问控制器11。交换缓冲器17包括第一交换缓冲器17-1和第二交换缓冲器17-2，第一交换缓冲器17-1将由数据分配器13传递的帧传输到另一个媒体访问控制器11，第二交换缓冲器17-2将由另一个媒体访问控制器11传递的帧传输到数据选择器19。

数据选择器19分别从收发缓冲器15和交换缓冲器17接收帧，并将它们传输到媒体访问控制器11。数据选择器19通过确定帧的优先级来选择由收发缓冲器15输入的数据帧和由交换缓冲器17输入的数据帧中的任意一个，并将选择出的一个数据帧传输到媒体访问控制器11。

如上文所述配置的以太网系统包括两个以太网端口，每个端口连接到以太网的媒体访问控制器11，存在两个媒体访问控制器11。

每个媒体访问控制器11通过总线连接到上层装置，并通过总线与上层装置交换帧。每个媒体访问控制器11将通过端口接收到的帧传递给数据分配器13，并且数据分配器13将接收到的帧传输到收发缓冲器15和交换缓冲器17。

收发缓冲器15通过总线将由数据分配器13传递的帧发送到上层装置。此外，每个媒体访问控制器11连接到数据选择器19，并且媒体访问控制器11通过数据选择器19接收由上层装置传输的帧并通过端口来传输所述帧。

根据本公开，数据分配器13、数据选择器19和交换缓冲器17被安装为便于在端口之间中继数据帧。

即，数据分配器13将从媒体访问控制器11接收到的数据同时地传输到收发缓冲器15(MAC FIFO)和交换缓冲器17(交换FIFO)。数据分配器13能够通过确定接收到的数据帧的起始地址、目的地址和数据类型来决定是否将从媒体访问控制器11接收到的数据帧传输到交换缓冲器17。

当交换缓冲器17在所有的数据帧被接收到之前无法将数据帧传输到另一个媒体访问控制器11，并且当在缓冲器中通过对数据帧检验FCS(帧校验序列)检测到差错时，交换缓冲器17不通过其自身的交换操作来传输数据帧。FCS是用来检测帧中的差错的位序列，FCS是在传输时通过任意算法来计算的，并与信息帧一起被传输。

为由数据分配器13输入的数据帧和由数据选择器19读取的数据帧生成指针。当由数据选择器19读取的数据帧的指针大于由数据分配器13输入的数据帧的指针时，交换缓冲器17向数据选择器19输出差错信号，使得交换缓冲器17不再将数据帧传输到数据选择器19。

当数据选择器19传输数据帧时，其确定优先级，选择由收发缓冲器15输入的数据帧和由交换缓冲器17输入的数据帧中的任意一个，并将选择出的数据帧传输到目标媒体访问控制器11。

此外，当从交换缓冲器17发送出差错信号时，数据选择器19停止从交换缓冲器17读取数据帧的操作。

因此，在本公开中，当在双端口以太网系统中在端口之间中继数据帧时存在极少的传输延迟。此外，当帧中继传输与上层装置的帧传输同时发生时，可以通过确定优先级来防止冲突。

即，根据本公开，通过将被中继的数据帧存储在交换缓冲器17中，当传输线路与上层装置发生占有冲突时使用数据选择器19并根据优先级来传输待传输的数据帧，并且当传输线路上不存在冲突时立即传输交换缓冲器17的数据帧，从而使得传输延迟最小化。

因而，本公开通过添加数据分配器13、交换缓冲器17和数据选择器19还具有常规直通以及存储转发的优点，因此其引起了在工业以太网中重要的准时性和菊链形状所需要的快速交换响应。

在上文中，虽然参照优选实施例描述了本公开，明显的是，本领域技术人员在本公开的技术范围的本质内可以实施与详细的描述不同的其他实施例。这里，本公开的技术范围的本质由随后的权利要求指出，并且应当理解的是在技术范围的等同范围内的所有区别被包括在本公开中。

Claims (4)

1.一种双端口以太网系统的交换装置，包括：

媒体访问控制器，其用于通过以太网来控制帧的发送和接收，从而通过比较所述帧的IP地址和预设的IP地址来决定是否接受所述帧；

收发缓冲器，其用于向上层装置发送帧以及从所述上层装置接收帧，所述收发缓冲器通过特定总线连接到所述上层装置；

数据分配器，其用于从所述媒体访问控制器接收帧并将所述帧传递给所述收发缓冲器和交换缓冲器中的至少一个；

交换缓冲器，其用于从所述数据分配器接收帧，并决定是否将所述帧传输到另一个媒体访问控制器的数据选择器；以及

数据选择器，其用于从所述收发缓冲器和所述交换缓冲器中的每个接收帧并将所述帧传输到所述媒体访问控制器，所述数据选择器通过确定帧的优先级来选择由所述收发缓冲器输入的帧和由所述交换缓冲器输入的帧中的任意一个，并将选择出的帧传递给所述媒体访问控制器。

2.根据权利要求1所述的交换装置，其中所述数据分配器通过确定帧的起始地址、目的地址和数据类型中的至少一个来决定是否将所述帧传输到所述交换缓冲器。

3.根据权利要求1所述的交换装置，其中，所述交换缓冲器在向另一个媒体访问控制器的数据选择器的帧传输被延迟的情况下对所存储的帧检验FCS(帧校验序列)，并在检测到差错时不传输帧。

4.根据权利要求1所述的交换装置，其中，所述交换缓冲器包括第一交换缓冲器和第二交换缓冲器，所述第一交换缓冲器将由所述数据分配器传递的帧传输到另一个媒体访问控制器，所述第二交换缓冲器将由另一个媒体访问控制器传递的帧传输到所述数据选择器。

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