基于FPGA的数据中继器设计

2010-12-23 11:02:06来源: 电子发烧友

  1 前言

  高速以太网可以满足新的容量需求,解决了低带宽接入、高带宽传输的瓶颈问题,扩大了应用范围,并与以前的所有以太网兼容。全双工的以太网协议并无传输距离的限制,只是在实际应用中,物理层技术限制了最大的传输距离。不过可以通过使用高性能的收发器或链路扩展器来延长以太网链路的长度。但是面向流量高达数十G的高速以太网中,如何快速、可靠地实现数据的转发与链路延伸并不是一件很容易的事情。尤其是高速以太网中,对设备时延非常敏感,因此要求数据中继设备处理速度有足够的快、同时还能够对转发的数据进行简单分析与处理,才能实现高速、可靠的数据转发功能。另一方面,在10G以太网标准出台之前,就已经有多家厂商推出了基于10G以太网标准草案的10G以太网设备。国外厂商如Foundry、Cisco、Enterasys、Extreme、Forcel0、Nortel、A1catel、Juniper、Avaya、HP、Riverstone等公司纷纷推出了10G以太网设备,国内几家著名的通信设备制造商,像华为、港湾也研发出具有自主知识产权的10G以太网产品。不同公司的产品、设备在对协议实现的一致性、互操作性、稳定性、成熟性等方面都有所不同,因此要设计并实现一个可靠、高速数据中继器必须深入研究高速以太网标准,并充分考虑其设计的灵活性,因此本文提出了一个基于FPGA的高速数据中继器设计方案。

  2 高速数据中继器功能分析

  高速数据中继器主要需完成以下功能是对外部光纤链路发送过来的高速、大量数据处理,主要包括有: 10G以太网的物理层处理。包括将10Gbps光信号转换为电信号和将10Gbps高速串行数据转换为低速率的并行数据,便于上层处理;10G以太网的链路层处理。包括对10Gbps数据进行PCS解码和MAC控制的链路层处理,最后输出完整的MAC帧;对MAC帧格式进行判断来识别其中封装的上层数据是协议报文还是数据报文;对IP数据报文进行查表处理,看是否有发往本机的IP报文;将需要上交到转发进行深层次IP层处理的数据报文封装成内部数据报文格式并上交;将需要上交到板极处理机的协议报文和发往本路由器的IP报文封装成内部协议报文格式并上交。

  数据中继器对需要转发出去的数据需要完成如下处理:对交换发送过来的数据报文进行内部格式判断,决定是否进行查表处理;对不需要进行查表的IP报文直接从内部头中提取目的MAC地址;对需要查表的IP报文进行查表处理,若查表命中则返回目的MAC地址,若不命中则将该数据报文上交到板极处理机;对得到目的MAC地址的报文进行以太网格式封装;对板极处理机下发的协议报文和封装好的以太网帧进行合路处理;10G以太网的链路层处理。包括对MAC帧进行MAC控制链路层处理和PCS编码;10G以太网的物理层处理。包括并/串转换和电/光转换。其处理流程如图一所示

高速数据中继器数据处理流程 www.elecfans.com

  图 一:高速数据中继器数据处理流程

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关键字:FPGA  数据中继器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1223/article_1502.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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