CN113709013A - 一种国产化带双冗余切换功能的6u-cpci千兆网络模块 - Google Patents

一种国产化带双冗余切换功能的6u-cpci千兆网络模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种国产化带双冗余切换功能的6U‑CPCI千兆网络模块，属于千兆网络模块设计技术领域。使用该网络模块可实现局域网内部多设备间的互联，并且该网络模块对外提供两路以太网接口，可以实现双冗余热备份，当前工作链路断开时，在规定的时间内可以切换到备份链路进行通信。

Description

一种国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块
技术领域
本发明属于千兆网络模块设计技术领域，具体涉及一种国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块。
背景技术
双冗余切换网络技术广泛应用于军事设备、工业设备等领域，是信息可靠传输的一种重要手段，设备间通过双冗余千兆以太网接口实现可靠互联。鉴于器件停产、禁运等原因，要求网络模块具有国产化、自主可控的特点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种满足设备主机间网络可靠互联、国产化的和自主可控的带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块，该模块为采用PCI总线的6U-CPCI板型，对外引出1路PCI总线和2个10M/100M/1000Mbps自适应的千兆以太网端口，通过PCI总线与设备主机通信，通过以太网接口接入局域网，可实现以太网接口双冗余热备份和链路切换，2路以太网接口互为热备份，当1路工作链路断开时，在规定时间内可切换到另1路，实现双冗余网络接口功能，链路切换时间不大于10ms。
优选地，该模块包括以太网控制器芯片、PHY芯片、EEPROM、网络变压器、CPCI连接器；其中，PHY芯片与以太网控制器芯片连接，网络变压器与PHY芯片连接，CPCI连接器分别与以太网控制器芯片、网络变压器连接，EEPROM通过串行4线接口与以太网控制器芯片连接。
优选地，该模块采用中电32所的JEM82545作为以太网控制器芯片，采用中电32所的JEM88E1111作为PHY芯片，采用深圳国微的SM93C66A作为配置EEPROM，采用联泰兴的HST-24022SXCR作为网络变压器，采用796厂的J-15022101作为CPCI连接器。
优选地，所述JEM82545自带PCI接口、DMA单元和2个GMAC控制器，所述DMA单元用于实现以太网帧的发送接收，实现与驱动的软硬件协同，实现链路冗余切换；所述GMAC控制器用于与DMA单元交互，实现以太网链路层协议；以太网MAC地址通过串行4线接口保存在EEPROM中，通过对JEM82545内部的寄存器进行配置就可实现以太网接口双冗余热备份和链路切换，该模块的PCI总线信号通过CPCI连接器的J1连接器对外引出，2路千兆网络信号经过PHY芯片和网络变压器后，从CPCI连接器的J4连接器对外引出。
优选地，所述串行4线接口为EEPROM接口，用于保存以太网MAC地址。
优选地，PCI接口的IP核可实现PCI配置空间，PCI配置空间中默认配置如下：VENDOR_ID：0x8086；DEVICE_ID：0x9669；CLASS_ID：0x020000。
优选地，PCI接口中的配置寄存器app_target模块可实现PCI接口的IP核中的PCI内存空间，即网卡SCB寄存器组空间，SCB寄存器组定义了DMA单元的不同命令与状态，JEM82545在使用中只需要配置地址Base+0Ch、Base+10h处的My_Mac_addr即可，配置好MAC地址后，工作状态下GMAC控制器的MAC A、MAC B两条链路的MAC地址都会映射到局域网内各终端的ARP表中，两条链路互为热备份，当其中一条工作链路断开时，芯片内部的硬件DMA单元会将链路切换到另一路，继续进行通信。
优选地，该模块还包括电源模块，采用中电24所的SW1963MF作为电源模块。
优选地，该模块还包括晶振。
本发明还提供了一种所述模块实现的双冗余热备份方法。
(三)有益效果
本发明提供了一种国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块，使用该网络模块可实现局域网内部多设备间的互联，并且该网络模块对外提供两路以太网接口，可以实现双冗余热备份，当前工作链路断开时，在规定的时间内可以切换到备份链路进行通信。
附图说明
图1为本发明提供的一种国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块的组成框图；
图2为本发明的JEM82545芯片内部结构组成框图；
图3为本发明的PCI配置空间图示；
图4为本发明的PCI内存空间图示。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供的一种国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块为采用PCI总线的6U-CPCI板型，对外引出1路PCI总线和2个10M/100M/1000Mbps自适应的千兆以太网端口，通过PCI总线与设备主机通信，通过以太网接口接入局域网，可实现以太网接口双冗余热备份和链路切换，2路以太网接口互为热备份，当1路工作链路断开时，在规定时间内即可切换到另1路，实现双冗余网络接口功能，链路切换时间不大于10ms。
如图1所示，该模块由以太网控制器芯片、PHY芯片、EEPROM、晶振、网络变压器、CPCI连接器、电源模块等国产化器件组成，组成框图如图1所示，PHY芯片与以太网控制器芯片连接，网络变压器与PHY芯片连接，CPCI连接器分别与以太网控制器芯片、网络变压器连接，EEPROM通过串行4线接口与以太网控制器芯片连接；
其中，采用中电32所的JEM82545作为以太网控制器芯片，采用中电32所的JEM88E1111作为PHY芯片，采用深圳国微的SM93C66A作为配置EEPROM，采用联泰兴的HST-24022SXCR作为网络变压器，采用796厂的J-15022101作为CPCI连接器，采用中电24所的SW1963MF作为电源模块。
如图2所示，JEM82545自带PCI接口和2个GMAC控制器，以太网MAC地址通过串行4线接口保存在EEPROM中，通过对JEM82545内部的寄存器进行配置就可实现以太网接口双冗余热备份和链路切换，当1路工作链路断开时，硬件自动切换到另1路，链路切换时间不大于10ms，因此使用国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块无需进行双冗余网络底层软件的开发就可实现双冗余网络接口功能。该模块的PCI总线信号通过CPCI连接器的J1连接器对外引出，2路千兆网络信号经过PHY芯片和网络变压器后，从CPCI连接器的J4连接器对外引出。
JEM82545芯片内部结构如图2所示，具体地，JEM82545中各模块功能如下:
1)PCI接口：33/66MHz、32-bit的数据总线；与DMA单元连接；
2)DMA单元：包括DMA通道和MAC切换模块，用于实现以太网帧的发送接收，实现与驱动的软硬件协同，实现链路冗余切换；
3)GMAC控制器：包括MAC A，MAC B，与DMA单元交互，实现以太网链路层协议；
4)EEPROM接口：串行4线接口，保存以太网MAC地址；与DMA单元连接；
如图3所示为PCI配置空间。该PCI配置空间的硬件实现由PCI接口的IP核决定；软件实现由操作系统PCI驱动来实现。网卡驱动基本上不用操作该空间。PCI配置空间中默认配置如下：VENDOR_ID：0x8086；DEVICE_ID：0x9669；CLASS_ID：0x020000。一般情况下使用默认配置即可。
如图4所示为PCI接口的IP核中的PCI内存空间，即网卡SCB寄存器组空间。硬件上由PCI接口中的配置寄存器app_target模块实现该空间，软件上由网卡驱动实现对该空间的访问。SCB寄存器组定义了DMA的不同命令与状态。JEM82545在使用中只需要配置地址Base+0Ch、Base+10h处的My_Mac_addr即可，避免不同板卡之间的物理地址冲突。配置好MAC地址后，工作状态下MAC A、MAC B两条链路的MAC地址都会映射到局域网内各终端的ARP表中，两条链路互为热备份，当其中一条工作链路断开时，芯片内部的硬件DMA单元会将链路切换到另一路，继续进行通信，无需软件参与切换过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种国产化带双冗余切换功能的6U-CPCI千兆网络模块，其特征在于，该模块为采用PCI总线的6U-CPCI板型，对外引出1路PCI总线和2个10M/100M/1000Mbps自适应的千兆以太网端口，通过PCI总线与设备主机通信，通过以太网接口接入局域网，可实现以太网接口双冗余热备份和链路切换，2路以太网接口互为热备份，当1路工作链路断开时，在规定时间内可切换到另1路，实现双冗余网络接口功能，链路切换时间不大于10ms。
2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，该模块包括以太网控制器芯片、PHY芯片、EEPROM、网络变压器、CPCI连接器；其中，PHY芯片与以太网控制器芯片连接，网络变压器与PHY芯片连接，CPCI连接器分别与以太网控制器芯片、网络变压器连接，EEPROM通过串行4线接口与以太网控制器芯片连接。
3.如权利要求2所述的模块，其特征在于，该模块采用中电32所的JEM82545作为以太网控制器芯片，采用中电32所的JEM88E1111作为PHY芯片，采用深圳国微的SM93C66A作为配置EEPROM，采用联泰兴的HST-24022SXCR作为网络变压器，采用796厂的J-15022101作为CPCI连接器。
4.如权利要求3所述的模块，其特征在于，所述JEM82545自带PCI接口、DMA单元和2个GMAC控制器，所述DMA单元用于实现以太网帧的发送接收，实现与驱动的软硬件协同，实现链路冗余切换；所述GMAC控制器用于与DMA单元交互，实现以太网链路层协议；以太网MAC地址通过串行4线接口保存在EEPROM中，通过对JEM82545内部的寄存器进行配置就可实现以太网接口双冗余热备份和链路切换，该模块的PCI总线信号通过CPCI连接器的J1连接器对外引出，2路千兆网络信号经过PHY芯片和网络变压器后，从CPCI连接器的J4连接器对外引出。
5.如权利要求4所述的模块，其特征在于，所述串行4线接口为EEPROM接口，用于保存以太网MAC地址。
6.如权利要求4所述的模块，其特征在于，PCI接口的IP核可实现PCI配置空间，PCI配置空间中默认配置如下：VENDOR_ID：0x8086；DEVICE_ID：0x9669；CLASS_ID：0x020000。
7.如权利要求4所述的模块，其特征在于，PCI接口中的配置寄存器app_target模块可实现PCI接口的IP核中的PCI内存空间，即网卡SCB寄存器组空间，SCB寄存器组定义了DMA单元的不同命令与状态，JEM82545在使用中只需要配置地址Base+0Ch、Base+10h处的My_Mac_addr即可，配置好MAC地址后，工作状态下GMAC控制器的MAC A、MAC B两条链路的MAC地址都会映射到局域网内各终端的ARP表中，两条链路互为热备份，当其中一条工作链路断开时，芯片内部的DMA单元会将链路切换到另一路，继续进行通信。
8.如权利要求2所述的模块，其特征在于，该模块还包括电源模块，且采用中电24所的SW1963MF作为所述电源模块。
9.如权利要求2所述的模块，其特征在于，该模块还包括晶振。
10.一种利用权利要求1至9中任一项所述模块实现的双冗余热备份方法。
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