CN115065615B - 一种基于fpga的网口状态扫描系统和方法 - Google Patents

一种基于fpga的网口状态扫描系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，属于通信网络领域。本发明当Link状态有变化时，FPGA立即上报给CPU，CPU解析到是Link状态报文后，立即响应并把解析出的速率封装成和FPGA协商的报文格式通过网口下发给FPGA，FPGA解析到是更新Link状态报文立即更新Link状态，使FPGA能快速切换到新的速率模式。本发明是基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，可以实时监测网口状态的变化，并及时上报给CPU，扫描也更精准，更灵敏。当两侧的网口速率不一致时，能够及时上报给CPU，避免了长时间两侧网口速率不一致，可以使两侧网口速率快速达到一致，快速恢复到稳定的状态，避免长时间处于异常情况。

Description

一种基于FPGA的网口状态扫描系统和方法
技术领域
本发明属于通信网络领域，具体涉及一种基于FPGA的网口状态扫描系统和方法。
背景技术
传统的网口状态扫描是CPU通过mdio接口轮询读取phy的连接状态和速率。传统的方法由于主要依赖上层CPU，由CPU发起动作，CPU操作有时延，达不到实时监测，准确度也不高。通过mdio的操作方式速率低。
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提供一种基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，以解决传统的网口状态扫描达不到实时监测、准确度也不高、速率低等方面的问题。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于FPGA的网口状态扫描系统，FPGA包括：计数器、监测Link状态模块、封装报文模块、FPGA 内部总线模块、网口、报文解析模块和更新Link状态模块；
外部设备把Link状态传递到FPGA的监测Link状态模块，监测Link状态模块用于监测Link状态的变化，并将Link状态信息发送到封装报文模块；计数器连接监测Link状态模块，用于决定上送CPU的时间间隔；封装报文模块用于将Link状态信息封装成CPU可以解析的Link状态报文，发送到FPGA 内部总线模块；FPGA 内部总线模块用于汇聚FPGA内部的Link状态报文，发送到网口；网口用于将Link状态报文上送到CPU；
CPU接收报文并解析到是更新Link状态的Link状态报文后，将Link状态封装成和FPGA协商的Link状态更新报文通过网口下发给FPGA，网口用于接收CPU发送的报文并发送给FPGA内部总线模块，FPGA内部总线模块用于将网口的报文分发到报文解析模块；报文解析模块用于解析接收的报文，并判断是标准网络报文或Link状态更新报文，如果是Link状态更新报文，将新的Link状态发送至更新Link状态模块；更新Link状态模块用于用新的Link状态替换掉原来的Link状态。
进一步地，外部设备为CPLD。
进一步地，外部设备监测Link状态，Link状态包括速率10M、速率100M、速率1000M和phy的连接状态。
进一步地，所述封装报文模块封装的Link状态报文包括标准网络二层头、Link状态标志和Link状态，Link状态为0代表无连接，1代表10M，2代表100M，3代表1000M。
进一步地，所述更新Link状态模块还复位FPGA内部逻辑，使逻辑进入到新的Link状态。
进一步地，FPGA的网口包括网口1和网口2，FPGA通过网口2与CPU连接，通过网口1与外部网络连接。
进一步地，外部设备监测的Link状态为网口1的Link状态或网口2的Link状态。
进一步地，FPGA 内部总线模块用于汇聚FPGA内部的Link状态报文，发送到网口2；网口2用于将Link状态报文上送到CPU；CPU接收报文并解析到是更新Link状态的Link状态报文后，将Link状态封装成和FPGA协商的Link状态更新报文通过网口2下发给FPGA，网口2用于接收CPU发送的报文并发送给FPGA内部总线模块，FPGA内部总线模块用于将网口2的报文分发到报文解析模块。
本发明还提供一种基于FPGA的网口状态扫描方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：FPGA监测外部设备输入的标志Link状态的信号，当没有变化跳转到步骤二；当有变化则跳转到步骤三；
步骤二：由CPU决定FPGA是否将此时的状态上送到CPU，如果无需上送到CPU则跳转到步骤一；如果需要上送到CPU，则等待一个计数器时间后跳转到步骤七；
步骤三：等待一个计数器的时间，跳转到步骤四；
步骤四：再次判断Link状态是否有变化；如果没有变化则跳转到步骤五；如果有变化则跳转到步骤一；
步骤五：等待一个计数器的时间，跳转到步骤六；
步骤六：再次判断Link状态，如果有变化则跳转到步骤一；如果没有变化则跳转到步骤七；
步骤七：FPGA将Link状态信息封装为Link状态报文通过网口上送给CPU；跳转到步骤八；
步骤八：CPU接收到Link状态报文并解析后，如果是更新Link状态的Link状态报文，CPU立即响应，封装Link状态更新报文通过网口下发给FPGA；跳转到步骤九；
步骤九：FPGA通过网口接收到报文，然后通过报文解析模块解析到是Link状态更新报文后，立即响应更新Link状态。
进一步地，所述步骤二中，CPU通过配置寄存器配置是否需要上送到CPU，如果CPU通过配置寄存器配置的是无需上送到CPU则跳转到步骤一；如果CPU通过配置寄存器配置的是上送到CPU，则等待一个计数器时间后跳转到步骤七。
（三）有益效果
本发明提出一种基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，本发明是基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，能够实时监测，扫描更精准。本发明通过网口上报网口的状态变化提高了网口扫描状态的速度。本发明可快速使FPGA切换速率模式，使CPU侧和FPGA侧网口能更快地处于稳定工作状态。
本发明是基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，可以实时监测网口状态的变化，并及时上报给CPU，扫描也更精准，更灵敏。当CPU侧和FPGA侧网口速率不一致时，能够及时上报给CPU，避免了长时间两侧网口速率不一致，可以使两侧网口速率快速达到一致，快速恢复到稳定的状态，避免长时间处于异常情况。
附图说明
图1为本发明基于FPGA的网口状态扫描系统示意图；
图2为本发明基于FPGA的网口状态扫描方法流程图；
图3为封装报文模块封装的带有Link状态报文格式；
图4为本发明监测Link状态实现流程图。
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。
基于FPGA的网口状态扫描系统和方法可以提高扫描的准确度，并可以实时监测网口的状态，提高网口状态扫描的速度，可以快速切换FPGA的工作模式。
本发明基于FPGA的网口状态扫描系统的整体结构框图见图1。FPGA包括：计数器、监测Link状态模块、封装报文模块、FPGA 内部总线模块、网口、报文解析模块和更新Link状态模块，网口包括网口1和网口2，FPGA通过网口2与CPU连接，通过网口1与外部网络连接，CPLD监测FPGA侧的网口对应的phy层Link状态，可以监测网口1的Link状态，也可以监测网口2的Link状态。
虚线方向是FPGA将Link状态上送给CPU的过程。首先外部设备如CPLD把Link状态传递到FPGA的监测Link状态模块，监测Link状态模块用于监测Link状态的变化，并将Link状态信息发送到封装报文模块，速率具体变成为多少兆；计数器连接监测Link状态模块，用于决定上送CPU的时间间隔；封装报文模块用于将Link状态信息封装成CPU可以解析的Link状态报文，发送到FPGA 内部总线模块；FPGA 内部总线模块用于汇聚FPGA内部的Link状态报文，发送到网口；网口用于将Link状态报文上送到CPU。
实线方向是CPU将Link状态更新给FPGA的过程。CPU接收报文并解析到是更新Link状态的Link状态报文后，将Link状态封装成和FPGA协商的Link状态更新报文通过网口下发给FPGA，网口用于接收CPU发送的报文并发送给FPGA内部总线模块，FPGA内部总线模块用于将网口的报文分发到报文解析模块；报文解析模块用于解析接收的报文，并判断是标准网络报文或Link状态更新报文，如果是Link状态更新报文，将新的Link状态发送至更新Link状态模块；更新Link状态模块用于用新的Link状态替换掉原来的Link状态，此外，更新Link状态模块还复位FPGA内部逻辑，使逻辑进入到新的Link状态。
进一步地，FPGA的网口包括网口1和网口2，FPGA通过网口2与CPU连接，通过网口1与外部网络连接。
进一步地，外部设备如CPLD监测的Link状态为网口1的Link状态或网口2的Link状态。
进一步地，FPGA 内部总线模块用于汇聚FPGA内部的Link状态报文，发送到网口2；网口2用于将Link状态报文上送到CPU；CPU接收报文并解析到是更新Link状态的Link状态报文后，将Link状态封装成和FPGA协商的Link状态更新报文通过网口2下发给FPGA，网口2用于接收CPU发送的报文并发送给FPGA内部总线模块，FPGA内部总线模块用于将网口2的报文分发到报文解析模块。
本发明当通过CPLD监测到FPGA侧的网口的phy层的状态发生变化时，通过本发明的方法可以使FPGA内部的逻辑使用新的时钟，切换到新的速率模式，避免了长时间网口速率和FPG内部处理速率不一致。
本发明的流程包括FPGA将Link状态上送给CPU的过程和CPU将Link状态更新给FPGA的过程，具体本发明的流程见图2。
首先CPLD监测Link状态；Link状态主要包括速率10M、速率100M、速率1000M和phy的连接状态，该Link状态为FPGA侧的网口对应的phy层Link状态。
如图3所示为本发明的带有Link状态报文格式，包括标准网络二层头、Link状态标志和Link状态，图3报文格式中的Link状态为0代表无连接，1代表10M，2代表100M,3代表1000M。具体的监测Link状态过程如图4所示。当Link状态有变化时，FPGA立即上报给CPU，CPU解析到是Link状态报文后，立即响应并把解析出的速率封装成和FPGA协商的Link状态更新报文通过网口下发给FPGA，FPGA解析到是Link状态更新报文立即更新Link状态，使FPGA能快速切换到新的速率模式。
如图4所示，本发明基于FPGA的网口状态扫描方法包括如下步骤：
步骤一：FPGA监测外部设备输入的标志Link状态的信号，当没有变化跳转到步骤二。当有变化则跳转到步骤三。
步骤二：由CPU通过配置寄存器决定FPGA是否将此时的状态上送到CPU，如果CPU通过配置寄存器配置的是无需上送到CPU则跳转到步骤一；如果CPU通过配置寄存器配置的是上送到CPU，则等待一个计数器时间后跳转到步骤七。
步骤三：等待一个计数器的时间，跳转到步骤四。
步骤四：再次判断Link状态是否有变化。如果没有变化则跳转到步骤五。如果有变化则跳转到步骤一。
步骤五：等待一个计数器的时间，跳转到步骤六。（为确保更新后的Link状态是稳定状态不限于第二次等待时间）。
步骤六：再次判断Link状态，如果有变化则跳转到步骤一。如果没有变化则跳转到步骤七。
步骤七：FPGA按照图3的封装格式将Link状态信息封装为Link状态报文通过网口上送给CPU。跳转到步骤八。
步骤八：CPU接收到Link状态报文并解析后，如果是更新Link状态的Link状态报文，CPU立即响应，封装Link状态更新报文通过网口下发给FPGA。跳转到步骤九。
步骤九：FPGA通过网口接收到报文，然后通过报文解析模块解析到是Link状态更新报文后，立即响应更新Link状态，并复位FPGA内部逻辑，使逻辑进入到新的Link状态。
本发明是基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，能够实时监测，扫描更精准。本发明通过网口上报网口的状态变化提高了网口扫描状态的速度。本发明可快速使FPGA切换速率模式，使PGA侧网口能更快地处于稳定工作状态。
本发明是基于FPGA的网口状态扫描系统和方法，可以实时监测网口状态的变化，并及时上报给CPU，扫描也更精准，更灵敏。当CPU侧和FPGA侧网口速率不一致或者外部网络与FPGA侧网口速率不一致时，能够及时上报给CPU，由CPU下达指令切换内部逻辑，避免了长时间两侧网口速率不一致，可以使两侧网口速率快速达到一致，快速恢复到稳定的状态，避免长时间处于异常情况。
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 (6)

1.一种基于FPGA的网口状态扫描系统，其特征在于，FPGA包括：计数器、监测Link状态模块、封装报文模块、FPGA 内部总线模块、网口、报文解析模块和更新Link状态模块；
外部设备把Link状态传递到FPGA的监测Link状态模块，监测Link状态模块用于监测Link状态的变化，并将Link状态信息发送到封装报文模块；计数器连接监测Link状态模块，用于决定上送CPU的时间间隔；封装报文模块用于将Link状态信息封装成CPU能解析的Link状态报文，发送到FPGA 内部总线模块；FPGA 内部总线模块用于汇聚FPGA内部的Link状态报文，发送到网口；网口用于将Link状态报文上送到CPU；
CPU接收报文并解析到是更新Link状态的Link状态报文后，将Link状态封装成和FPGA协商的Link状态更新报文通过网口下发给FPGA，网口用于接收CPU发送的报文并发送给FPGA内部总线模块，FPGA内部总线模块用于将网口的报文分发到报文解析模块；报文解析模块用于解析接收的报文，并判断是标准网络报文或Link状态更新报文，如果是Link状态更新报文，将新的Link状态发送至更新Link状态模块；更新Link状态模块用于用新的Link状态替换掉原来的Link状态；
其中，
外部设备监测Link状态，Link状态包括速率10M、速率100M、速率1000M和phy的连接状态；
所述封装报文模块封装的Link状态报文包括标准网络二层头、Link状态标志和Link状态，Link状态为0代表无连接，1代表10M，2代表100M，3代表1000M；
FPGA的网口包括网口1和网口2，FPGA通过网口2与CPU连接，通过网口1与外部网络连接；
外部设备监测的Link状态为网口1的Link状态或网口2的Link状态。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的网口状态扫描系统，其特征在于，外部设备为CPLD。
3.如权利要求1所述的基于FPGA的网口状态扫描系统，其特征在于，所述更新Link状态模块还复位FPGA内部逻辑，使逻辑进入到新的Link状态。
4.如权利要求1所述的基于FPGA的网口状态扫描系统，其特征在于，FPGA 内部总线模块用于汇聚FPGA内部的Link状态报文，发送到网口2；网口2用于将Link状态报文上送到CPU；CPU接收报文并解析到是更新Link状态的Link状态报文后，将Link状态封装成和FPGA协商的Link状态更新报文通过网口2下发给FPGA，网口2用于接收CPU发送的报文并发送给FPGA内部总线模块，FPGA内部总线模块用于将网口2的报文分发到报文解析模块。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的扫描系统的基于FPGA的网口状态扫描方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：FPGA监测外部设备输入的标志Link状态的信号，当没有变化跳转到步骤二；当有变化则跳转到步骤三；
步骤二：由CPU决定FPGA是否将此时的状态上送到CPU，如果无需上送到CPU则跳转到步骤一；如果需要上送到CPU，则等待一个计数器时间后跳转到步骤七；
步骤三：等待一个计数器的时间，跳转到步骤四；
步骤四：再次判断Link状态是否有变化；如果没有变化则跳转到步骤五；如果有变化则跳转到步骤一；
步骤五：等待一个计数器的时间，跳转到步骤六；
步骤六：再次判断Link状态，如果有变化则跳转到步骤一；如果没有变化则跳转到步骤七；
步骤七：FPGA将Link状态信息封装为Link状态报文通过网口上送给CPU；跳转到步骤八；
步骤八：CPU接收到Link状态报文并解析后，如果是更新Link状态的Link状态报文，CPU立即响应，封装Link状态更新报文通过网口下发给FPGA；跳转到步骤九；
步骤九：FPGA通过网口接收到报文，然后通过报文解析模块解析到是Link状态更新报文后，立即响应更新Link状态。
6.如权利要求5所述的基于FPGA的网口状态扫描方法，其特征在于，所述步骤二中，CPU通过配置寄存器配置是否需要上送到CPU，如果CPU通过配置寄存器配置的是无需上送到CPU则跳转到步骤一；如果CPU通过配置寄存器配置的是上送到CPU，则等待一个计数器时间后跳转到步骤七。
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