CN109144794A - 一种冗余以太网卡 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冗余以太网卡，包括：主控芯片：包括第一收发器和第二收发器、存储器和数据处理封装模块；两个光模块：分别连接所述收发器和所述第二收发器；所述光模块将外部数据传输至所述第一收发器和所述第二收发器，所述第一收发器和所述第二收发器将接收到的外部数据传到MAC层，MAC层对外部数据进行处理并将处理后的数据存入所述存储器，其中，所述数据处理封装模块定时读取所述第一收发器和所述第二收发器对应MAC层的link状态，决定从哪一收发器对应的所述存储器进行数据读写。本发明的主控芯片具有灵活性、可配置性，从OSI模型中的最底层的物理层就进行监测和切换，能够实时处理，在实际中具有较好的应用。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种冗余以太网卡。
背景技术
随着以太网技术的发展，尤其是万兆以太网标准802.3ae的制定，万兆以太网以其卓越的带宽优势大大提升了系统处理传输数据的效率，在通信中万兆以太网的应用也越来越普及。但是针对军工通信中可靠性的严格要求，为保证在通信中发生局部受损时产生尽可能少的影响，采用冗余设计是十分有必要的。
所谓万兆冗余以太网卡就是指该系统对外表现为有两个万兆的网络端口，两个网络端口均链接到通信对象，一个网络端口作为正常接口使用，另外一个端口作为备份，正常情况下端口不工作，当正常接口出现故障时，系统会迅速识别到正常接口出现故障并将备用接口及时激活，备用接口具有正常接口相同的配置，会继续完成网络通信，不会影响功能的使用。对于万兆冗余以太网其发现故障并切换的时间是衡量其性能的重要指标。
如图1所示，普通的冗余网卡大多是单独采用两块网卡，由于硬件已经固化，只能通过软件在OSI模型的最顶层应用层进行检测和切换，这样就导致了不能实时的发现处理故障进行切换。从理论上爱说冗余网卡的故障检测和切换可以发生在OSI参考模型的任何一层，而越底层的检测和切换则系统的实时性越好。
CPCIE：Compact PCI Express。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种冗余以太网卡。
根据本发明提供的一种冗余以太网卡，包括：
主控芯片：包括第一收发器和第二收发器、存储器和数据处理封装模块；
两个光模块：分别连接所述收发器和所述第二收发器；
所述光模块将外部数据传输至所述第一收发器和所述第二收发器，所述第一收发器和所述第二收发器将接收到的外部数据传到MAC层，MAC层对外部数据进行处理并将处理后的数据存入所述存储器，
其中，所述数据处理封装模块定时读取所述第一收发器和所述第二收发器对应MAC层的link状态，决定从哪一收发器对应的所述存储器进行数据读写。
较佳的，所述主控芯片采用FPGA。
较佳的，所述第一收发器和所述第二收发器为MGT bank。
较佳的，所述MGT bank采用10G BASE-R的IP核，将外部数据通过XGMII接口传到MAC层。
较佳的，所述第一收发器和所述第二收发器的10G BASE-R参数一致。
较佳的，所述光模块为万兆为SFP+万兆光模块。
较佳的，所述数据处理封装模块通过外部定时器来定时读取所述第一收发器和所述第二收发器对应MAC层的link状态。
较佳的，所述数据处理封装模块在当前收发器的link信号拉低时切换至另一收发器对应的所述存储器进行数据读写。
较佳的，所述主控芯片通过CPCIE总线与上位机通信连接。
较佳的，所述数据处理封装模块将从所述存储器中读取的数据封装成大小相同的结构体，结构体内部包括至少一个完整数据包，结构体最后添加校验信息。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的主控芯片具有灵活性、可配置性，从OSI模型中的最底层的物理层就进行监测和切换，能够实时处理，在实际中具有较好的应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为网卡OSI模型图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的故障切换示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图2所示，本发明提供的一种冗余以太网卡，包括：
主控芯片：包括第一收发器和第二收发器、存储器和数据处理封装模块；
两个光模块：分别连接收发器和第二收发器；
光模块将外部数据传输至第一收发器和第二收发器，第一收发器和第二收发器将接收到的外部数据传到MAC层，MAC层对外部数据进行处理并将处理后的数据存入存储器，
其中，数据处理封装模块定时读取第一收发器和第二收发器对应MAC层的link状态，决定从哪一收发器对应的存储器进行数据读写。
主控芯片采用FPGA，本实施例设计采用Kintex-7系列XC7K325T-2FFG900I芯片作为主控芯片，采用28nm的技术工艺，该芯片的高速收发器MGT bank提供的GTX接口最快速度可达10.3125Gbps，其可直接接收光模块传输的高速信号进行处理。同时模块遵循标准3UCompact PCI Express(简称为CPCIE)的规范。CPCIE标准是一个高性能的通用互连架构，可用于多种计算和通信平台。它是一种基于包的点到点串行接口，通用性强，实用价值高。
如图3所示，第一收发器和第二收发器为MGT bank。通过SFP+万兆光模块与外部进行通信，光模块收到数据后直接传输到FPGA的GTX bank，设计中采用10G BASE-R的IP核，将数据通过XGMII接口传到MAC层，MAC对数据进行进一步的处理，然后将数据放入DDR3内存之中等待下一步的读取。冗余网卡的故障检测和切换在图2中数据封装处理部分进行操作，设计中根据端口A和B对应的MAC层的link状态判断当前主端口A的状态，一旦link信号拉低链路出现断路则认为端口A产生故障进行切换，激活端口B。
在设计中端口B的10G BASE-R和10G MAC设置参数与端口A一致，在DDR3中单独为其开辟内存空间，所以可以在最短时间内完成切换。同时当主端口A链路恢复正常后，数据处理封装模块检测到link状态正常后切换回到主端口工作。数据封装处理部分采用定时读取Link状态来决定从存储器中去读写哪一个端口的数据，定时器采用外部高精度125MHz的LVDS差分晶振，理论上速度可达us级。从DDR3内存中读出来的数据进行封装将其包封装成大小相同的结构体，结构体内部包括若干个完整数据包，结构体最后添加字节、包数目等信息以供上位机通信校验。同时设计中使用PCIE与上位机进行通信，遵循CPCIE规范。主控芯片通过CPCIE总线与上位机通信连接。
本发明支持通过IPMB总线进行硬件状态信息(模块的电压、电流、温度等)采集并周期上报。
FPGA可编程可重构，可以突破传统以太网卡只能在应用层上对双冗余网络的工作状态进行配置的束缚，灵活实现网卡的配置；
采用在物理层进行冗余网卡监测和切换的方法，能够最大限度的进行实时处理，摆脱操作系统与驱动的限制，经实测切换时间可达到10ms以内，在实际中具有较好的应用。
由于采用CPCIE总线，模块整体可应用于对可靠性要求较高的抗恶劣环境计算机中。性价比和通用性强，因此具有很好的实用推广价值。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种冗余以太网卡，其特征在于，包括：
主控芯片：包括第一收发器和第二收发器、存储器和数据处理封装模块；
两个光模块：分别连接所述收发器和所述第二收发器；
所述光模块将外部数据传输至所述第一收发器和所述第二收发器，所述第一收发器和所述第二收发器将接收到的外部数据传到MAC层，MAC层对外部数据进行处理并将处理后的数据存入所述存储器，
其中，所述数据处理封装模块定时读取所述第一收发器和所述第二收发器对应MAC层的link状态，决定从哪一收发器对应的所述存储器进行数据读写。
2.根据权利要求1所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述主控芯片采用FPGA。
3.根据权利要求2所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述第一收发器和所述第二收发器为MGT bank。
4.根据权利要求3所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述MGT bank采用10GBASE-R的IP核，将外部数据通过XGMII接口传到MAC层。
5.根据权利要求3所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述第一收发器和所述第二收发器的10G BASE-R参数一致。
6.根据权利要求1所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述光模块为万兆为SFP+万兆光模块。
7.根据权利要求1所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述数据处理封装模块通过外部定时器来定时读取所述第一收发器和所述第二收发器对应MAC层的link状态。
8.根据权利要求1所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述数据处理封装模块在当前收发器的link信号拉低时切换至另一收发器对应的所述存储器进行数据读写。
9.根据权利要求1所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述主控芯片通过CPCIE总线与上位机通信连接。
10.根据权利要求1所述的冗余以太网卡，其特征在于，所述数据处理封装模块将从所述存储器中读取的数据封装成大小相同的结构体，结构体内部包括至少一个完整数据包，结构体最后添加校验信息。
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