CN109450516B - 一种低时延中继卡 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及中继卡领域，尤其是涉及一种低时延中继卡。该中继卡包括：包括：ARM CPU、DDR、Nor Flash、Nand Flash、复位芯片、时钟芯片、LED、4个GPHY、4个LAN以及4个MAG；所述GPHY为单口千兆Combo GPHY；Combo GPHY与ARM CPU相连，二者之间的管理接口为SMI；4个Combo GPHY两两一组，分为两组,每组中的两个Combo GPHY通过高速差分线FIBER连接；所述ARM CPU的SMI配置为Master，用于管理和配置4个Combo GPHY，对应的接口为四个MDC/MDIO；4个Combo GPHY的地址分别为0x01/0x02/0x03/0x04所述MAG通过所述Combo GPHY内的网口网络差分信号MDI与Combo GPHY一一对应连接；所述LAN与所述MAG一一对应连接。本申请的中继卡可以实现两组电口到电口的数据转发，其组内以太网报文转发时延低可低至0.5us。
Description
技术领域
本发明涉及中继卡领域，尤其是涉及一种低时延中继卡。
背景技术
在当前以太网通信应用中，中继卡是连接以太网链路的一种装置，用于局域网内两个网络节点之间物理层信号的双向转发工作。是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大等功能，以此来延长网络的长度。由于线缆存在信号衰减，在链路上传输的以太网信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继卡就是为解决这一问题而设计的。它完成物理层线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，也可以完成不同媒体的转接工作。IEEE802.3以太网标准中对以太网信号的传输距离作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。中继卡也是局域网环境下用来延长网络传输距离的最简单且最廉价的网络设备。其优点如下：
1、可支持不同传输介质的网络互连，比如10Base-5和10Base-2。多用在数据链路层以上相同的局域网的互连；
2、由于传输链路噪声的干扰，承载信息的数字信号或模拟信号只能传输有限的距离，中继卡的功能是对接收信号进行再生和发送，从而增加信号传输的距离；
3、增加局域网节点的数量；
4、各个网段可使用不同的通信速率；
5、提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段。
由于中继器对收到被衰减的信号恢复到发送时的状态，并转发出去，此方式增加了时延，其缺点也显而易见的，如下：
1、普通中继器仅能完成光口到电口或者电口到光口的转换；
2、普通中继器网络传输时延大于2us，不适用高实时性应用场景；
为了解决上述问题，本发明专利提出了一种低时延中继卡，其优点是：可以实现电口到电口的转换，传输时延低至0.5us。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低时延中继卡，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种低时延中继卡，包括：ARM CPU、DDR、Nor Flash、Nand Flash、复位芯片、时钟芯片、LED、4个GPHY、4个LAN以及4个MAG；所述GPHY为单口千兆Combo GPHY；
所述Combo GPHY与所述ARM CPU相连，二者之间的管理接口为SMI；4个Combo GPHY两两一组，分为两组,每组中的两个Combo GPHY通过高速差分线FIBER连接,所述高速差分线FIBER配置成SGMII模式，速率1.25Gbps；Combo GPHY的高速差分线FIBER配置成SGMII模式，速率1.25Gbps；所述ARM CPU的SMI配置为Master，用于管理和配置4个Combo GPHY，对应的接口为四个MDC/MDIO；4个Combo GPHY的地址分别为0x01/0x02/0x03/0x04，ARM CPU在初始化期间通过SMI总线及其物理层芯片从地址去访问4个Combo GPHY，配置其工作模式为SGMII和点灯模块为Link/Act；所述MAG通过所述Combo GPHY内的网口网络差分信号MDI与Combo GPHY一一对应连接；所述LAN与所述MAG一一对应连接。
作为一种进一步的技术方案，所述Combo GPHY的型号为bcm54616S。
作为一种进一步的技术方案，4个所述Combo GPHY内的网口网络差分信号MDI在PCB Layout时遵循差分线布线原则，即正负信号等长等间距。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本申请的中继卡可以实现两组电口到电口的数据转发，其组内以太网报文转发时延低可低至0.5us。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中低时延中继卡的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中第一组Combo GPHY的链路连接关系示意图；
图3是本发明实施例中第二组Combo GPHY的链路连接关系示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
结合图1所示，本实施例提供本发明提供一种低时延中继卡，包括：ARM CPU、DDR、Nor Flash、Nand Flash、复位芯片、时钟芯片、LED、4个GPHY、4个LAN以及4个MAG；所述GPHY为单口千兆Combo GPHY；所述Combo GPHY与所述ARM CPU相连，二者之间的管理接口为SMI；4个Combo GPHY两两一组，分为两组,每组中的两个Combo GPHY通过高速差分线FIBER连接,所述高速差分线FIBER配置成SGMII模式，速率1.25Gbps；Combo GPHY的高速差分线FIBER配置成SGMII模式，速率1.25Gbps；所述ARM CPU的SMI配置为Master，用于管理和配置4个Combo GPHY，对应的接口为四个MDC/MDIO；4个Combo GPHY的地址分别为0x01/0x02/0x03/0x04，ARM CPU在初始化期间通过SMI总线及其物理层芯片从地址去访问4个Combo GPHY，配置其工作模式为SGMII和点灯模块为Link/Act；所述MAG通过所述Combo GPHY内的网口网络差分信号MDI与Combo GPHY一一对应连接；所述LAN与所述MAG一一对应连接。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述Combo GPHY的型号为bcm54616S。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，4个所述Combo GPHY内的网口网络差分信号MDI在PCB Layout时遵循差分线布线原则，即正负信号等长等间距；以满足100ohm±20％阻抗要求。
在本申请中，GPHY1、GPHY2、GPHY3和GPHY4为单口千兆Combo物理层芯片，是整个方案的核心。GPHY可以选择Broadcom的bcm54616S，通过SGMII SYSTEM接口和CPU相连。
结合图2所示，GPHY1和GPHY2为一组，整个链路连接关系为LAN1—>MAG1—>ComboGPHY1—>FIBER1—>FIBER2—>Combo GPHY2—>MAG2—>LAN2。图中顺时针方向箭头表示数据TX方向，逆时针方向箭头表示数据RX方向；FIBER1和FIBER2为GPHY1和GPHY2的高速差分线，需通过ARM CPU软件配置成SGMII模式，速率1.25Gbps。
结合图3所示，GPHY3和GPHY4为一组，整个链路连接关系为LAN3—>MAG3—>ComboGPHY3—>FIBER3—>FIBER4—>Combo GPHY4—>MAG4—>LAN4。顺时针方向箭头表示数据TX方向，逆时针方向箭头表示数据RX方向。FIBER3和FIBER4为GPHY3和GPHY4的高速差分线，需通过ARM CPU软件配置成SGMII模式，速率1.25Gbps。
GPHY1、GPHY2、GPHY3和GPHY4和ARM CPU间的管理接口为SMI，MDC时钟频率12.5MHz，ARM CPU的SMI需配置为Master，去管理和配置GPHY1、GPHY2、GPHY3和GPHY4，对应的接口分别为MDC1/MDIO1、MDC2/MDIO2、MDC3/MDIO3和MDC4/MDIO4。GPHY1、GPHY2、GPHY3和GPHY4其PHY地址分别为0x01/0x02/0x03/0x04，ARM CPU在初始化期间通过SMI总线及其物理层芯片从地址去访问GPHY1、GPHY2、GPHY3和GPHY4，配置其工作模式为SGMII和点灯模块为Link/Act。配置仅在ARM CPU初始化期间完成，而后系统可以正常工作。
LAN1、LAN2、LAN3和LAN4为网口连接器，其中LAN1和LAN2是一组，LAN3和LAN4是一组。MDI 1[0:3]、MDI2[0:3]、MDI3[0:3]和MDI4[0:3]为网络差分信号，其中MDI 1[0:3]为Combo GPHY1和LAN1网口网络差分信号；MDI2[0:3]为Combo GPHY2和LAN2网口网络差分信号；MDI3[0:3]为Combo GPHY1和LAN3网口网络差分信号；MDI4[0:3]为Combo GPHY1和LAN4网口网络差分信号；MDI 1[0:3]、MDI2[0:3]、MDI3[0:3]和MDI4[0:3]在PCB Layout时要遵循差分线布线原则，即正负信号等长等间距，满足100ohm±20％阻抗要求。
MAG1、MAG2，MAG3和MAG4为网络变压器，其作用1，可以增强信号，使其传输距离支持到100米；2，使物理层芯片端与外部隔离，可以支持2-3KV雷击防护，抗干扰能力大大增强，对芯片增加了很大的保护作用；3，当接到不同电平(如有的PHY芯片是2.5V，有的PHY芯片是3.3V)的LAN口时，不会对互联设备造成影响。
该系统中，实现一种低时延中继卡的实现方法及装置说明如下：
系统上电后，DC-DC电源模块实现板卡各个功能单元的供电，ARM CPU系统上电或复位后会执行一段位于Nor Flash前端固定位置处的U-boot代码，它主要用来对ARM CPU、DDR、UART、GPHY等外设进行初始化工作，在完成对系统的初始化任务之后，它会将Norflash中的Linux内核拷贝到DDR中去，然后跳转到内核的第一条指令处继续执行，解压内核映像和初始化,完成硬件平台相关的初始化工作从而启动Linux内核。Linux内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统作为根文件系统(Root Filesystem)，然后加载必要的内核模块，启动应用程序。
ARM CPU初始化期间需将MDC、MDIO配置为Master，MDC时钟频率12.5MHz，GPHY1、GPHY2、GPHY3、GPHY4为Slave，PHY地址分别为0x01/0x02/0x03/0x04，通过SMI总线访问GPHY1、GPHY2、GPHY3、GPHY4并将其配置为SGMII模式，LED模式配置为Link/Act。
其中GPHY1和GPHY2为一组，整个链路数据流向为LAN1—>MAG1—>Combo GPHY1—>FIBER1—>FIBER2—>Combo GPHY2—>MAG2—>LAN2；和GPHY4为一组。如图2所示，顺时针方向箭头表示数据TX方向，逆时针方向箭头表示数据RX方向；FIBER1和FIBER2为GPHY1和GPHY2的高速差分线，需通过配置成SGMII模式，速率1.25Gbps。
GPHY3和GPHY4为一组，整个链路数据流向为LAN3—>MAG3—>Combo GPHY3—>FIBER3—>FIBER4—>Combo GPHY4—>MAG4—>LAN4。如图3所示，顺时针方向箭头表示数据TX方向，逆时针方向箭头表示数据RX方向。FIBER3和FIBER4为GPHY3和GPHY4的高速差分线，需配置成SGMII模式，速率1.25Gbps。
以上所述为本发明的实施方式，通过此方式可以实现两组电口到电口的数据转发，其组内以太网报文转发时延低可低至0.5us。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种低时延中继卡，其特征在于，包括：ARM CPU、DDR、Nor Flash、Nand Flash、复位芯片、时钟芯片、LED、4个GPHY、4个LAN以及4个MAG；所述GPHY为单口千兆Combo GPHY;
所述Combo GPHY与所述ARM CPU相连，二者之间的管理接口为SMI；4个Combo GPHY两两一组，分为两组,每组中的两个Combo GPHY通过高速差分线FIBER连接,所述高速差分线FIBER配置成SGMII模式，速率1.25Gbps；Combo GPHY的高速差分线FIBER配置成SGMII模式，速率1.25Gbps;所述ARM CPU的SMI配置为Master，用于管理和配置4个Combo GPHY，对应的接口为四个MDC/MDIO; 4个Combo GPHY的地址分别为0x01/0x02/0x03/0x04，ARM CPU在初始化期间通过SMI总线及其物理层芯片从地址去访问4个Combo GPHY，配置其工作模式为SGMII和点灯模块为Link/Act;所述MAG通过所述Combo GPHY内的网口网络差分信号MDI与Combo GPHY一一对应连接;所述LAN与所述MAG一一对应连接；MAG为网络变压器；
所述Combo GPHY的型号为bcm54616S；
4个所述Combo GPHY内的网口网络差分信号MDI在PCB Layout时遵循差分线布线原则，即正负信号等长等间距。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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