实现Ethernet over SDH的嵌入式系统研究

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:简要介绍了Ethernet over SDH(EoS)系统的结构原理,阐述和分析了EoS的LAPS协议核心技术,给出了使用FPGA完成SDH网络和以太网的连接,从而实现EoS的嵌入式系统设计方案。 关键词:EoS;以太网;SDH;嵌入式系统 随着波分复用技术和高速以太网技术的发展,骨干网的带宽呈几何级数增长,已达到了吉比特甚至更高的水平。而连接骨干网和用户网的接入网的速率却没有太大的提高,已成为网络发展的瓶颈。要想实现高速、可靠的接入,使终端用户充分利用骨干网的巨大容量,必须采用新的高速接入技术。SDH技术已非常成熟,其安全性好,可靠性高;用SDH传输网络承载以太网IP包以实现网络用户的远程接入或异地局域网互连,是一种非常方便的实现方案。 1 EoS系统结构 Ethernet over SDH系统的结构如图1所示。 Ethernet over SDH系统是以以太网IP数据包交换为基础的光广域网,它本质上采用的是面向无连接的机制,内在的全网状连接适合于分布式通信的无连接网络,它将以太网的交换灵活性和资源优化能力与现有SDH光网络的大容量、高带宽效率和低协议开销相结合,是一种高速、经济的数据接入系统。Ethernet over SDH系统实现的关键是在SDH设备上增加以太网接口设备或者以太网协议转换设备,以提供帧映射和VC级联等功能。本文将使用FPGA和相关芯片构建图1中所示的以太网协议转换设备。 2 EoS协议的层次模型 Ethernet over SDH协议的层次模型如图2所示,该协议分为三层:其中网络层为TCP和IPv4/IPv6;链路层由LLC/MAC/LAPS三个子层组成物理层为SDH传输网。 Ethernet over SDH按照ITU-X.86的规定采用LAPS对以太网IP数据包进行链路层封装,从而将以太网帧映射到SDH帧中,其协议层次模型为IP/Ethernet/LAPS/SDH。 3 EoS的帧格式 LAPS(Link Access Procedure SDH,SDH上的链路接入规程)协议帧是 HDLC协议帧的一种变体,它可提供数据链路服务及协议规范,并可专门对SDH网络所需传送的IP数据包进行封装以便对封装后的以太网帧进行定界(采用标志定界)。 使用 LAPS实现Ethernet over SDH时其帧映射过程分两步:一是将以太网的MAC帧封装成LAPS协议帧;二是将LAPS协议帧映射到SDH帧中。 将以太网的MAC帧封装成LAPS协议帧的过程如图3所示。通过LAPS可将MII接口接收到的MAC帧使用RS(协调子层)去掉前导(Preamble)码、帧起始定界符(SFD)和扩展字段(Extension),然后封装入LAPS协议帧。 4 EoS的嵌入式系统设计 EoS嵌入式系统通常应该包含以下三部分:以太网接口部分、协议转换部分、光接口部分。其中以太网接口部分用于接收以太网数据,并对本地网络进行流量控制;协议转换部分负责帧结构转换,同时协调三部分的运作;而光接口部分则使用成帧器实现SDH网络数据的上下路。 4.1 以太网接口部分 以太网接口部分使用的是双口千兆以太网控制芯片IXF1002。IFX1002提供有两个全双工的独立高性能千兆以太网接口,支持GPCS层的接口管理。当IFX1002设置SNMP和RMON管理计数后,便可通过MCU8/16接口进行访问操作。每一个MAC接口包括一个4k字节的接收FIFO和一个2k字节的发送FI-FO,所有数据都可以在公共的高性能IXBUS总线上传输。此外,IFX1002芯片完全兼容IEEE 802.3和IEEE802.3z标准,支持自协商和流量控制。 IXF1002可以通过对以太网数据包包头的处理达到提前过滤地址的目的;在包的传输中,芯片具有IEEE P802.1Q的VLAN标签添加、删除和替代功能;而当包发生错误时,它会提供忽略或停止发送的选择;同时,还提供可编程的无效数据包自动过滤功能;当FIFO上出现无效数据包的时候,芯片可以发出通知信号。 本设计中, IXF1002的IXBUS工作在Split(双向32位传输)模式(如图4所示),它使用fps rxf、sop rxf、eop rxf.、fps txf、sop txf、eop txf信号线进行握手控制,使用双向32位数据总线进行数据传输,并可以通过访问fbe l7:0来查询当前传输的数据是否有效。 4.2 协议转换部分 协议转换部分可通过高速FPGA实现。本设计选择两片Altera公司的APEX20K200E(Ingress数据和Egress数据各一片)来管理不同方向的数据;同时为每一片FPGA配备了一块片外SDRAM以做为单向FIFO数据缓冲器。本部分的主要功能有: ●通过以太网控制芯片的接口总线IXUS获取和发送数据; ●可按照标准速率及总线宽度将数据传送给SDH成帧器,同时接收成帧器的数据; ●发送、接收、处理网络控制芯片以及成帧器的握手信号; ●实现LAPS帧映射,包括自扰码和速率匹配; ●将经过处理的数据存储于相应的外部存储器内,等待发送; ●提供与MCU的接口,接受管理控制; ●进行各种流量统计,实施流量控制。 下面是流量控制功能的具体实现过程。其中:Ingress表示以太网到SDH方向,Egress表示SDH到以太网方向。 1以太网控制芯片接收本地以太网内针对本设备发出的PAUSE帧,并告知In-gressFPGA,FPGA将此帧进行复制,并在不经IngressFIFO列队的情况下直接送入SDH网络,然后PAUSE帧以最快速度到达远端设备,以中止远端以太网中用户的数据发送。同样,如果本地E-gressFIFO缓冲器数据满,IngressFPGA构造的PAUSE帧也不经IngressFIFO列队而直接向远端发送。 2 当本地IngressFIFO缓冲器数据满时,E-gressFPGA向本地以太网控制芯片发送PAUSE通知,以太网控制芯片接收到通知后,向本地以太网用户发送PAUSE帧以停止其数据发送。同样,如果是从SDH网络上接收到PAUSE帧,则EgressFPGA立即发送PAUSE通知到本地以太网控制芯片,再由以太网控制芯片的PAUSE帧中止用户发送的数据。 3 在MCU控制下,EgressFPGA和IngressFPGA都具有XON/XOFF控制功能,可使整个流量控制更加快捷、合理,有利于保证数据的完整和正确。 本设计中,两片FPGA都可以对SDRAM进行控制,并对其存储数据的容量进行计数,同时生成数据存储位置列表,指示数据包在存储器中的位置以提供给MCU查询。 4.3 光接口部分 光接口部分选用杰尔系统公司(Agere System)的成帧器 TDAT021G2。该成帧器与FPGA的接口为UTOPIA。成帧器支持净荷的上下路,同时可为其发送处理的数据生成CRC-16/32校验或检查接收数据的校验和是否有效。在SDH网络侧支持四路的STS-3/STM-1或者两路的STS-12/STM-4,本设计中采用后者。 EoS嵌入式系统框图见图5,需要说明的是,整个系统各个部分均有MCU接口,可以使用一块低成本的51单片机80C320进行整个系统的协调控制。 5 结束语 本文所提出的嵌入式系统可用作各种通用和专用SDH网络和以太网设备的连接,如果在系统中加入解密加密功能,还可以构建基于EoS技术的虚拟网VPN,具有很好的应用前景。

关键字:实现  ethernet  over  嵌入式

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/qtjs/200703/3100.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
实现
ethernet
over
嵌入式

小广播

独家专题更多

TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved