CN111131267A - 基于fpga的以太网自适应方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以太网自适应技术领域，公开了一种基于FPGA的以太网自适应方法、装置及系统，该方法包括：通过第一mii接口接收PHY芯片发送的第一网络传输包；根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式；根据所述第一传输速率模式，对所述第一网络传输包进行以太网协议解析，获得第一网络数据包；根据预设的主机字节序及网络字节序，将所述第一网络数据包转换为第一网络数据流；根据所述第一网络数据流的内容，执行相应的系统数据处理。本发明提供的基于FPGA的以太网自适应方法、装置及系统，以硬件架构增强了以太网自适应的稳定性，可编程配置接口使得接口可以灵活选择，提高了其应用适应性。
Description
技术领域
本发明涉及以太网自适应技术领域，特别是涉及基于FPGA的以太网自适应方法、装置及系统。
背景技术
目前，光纤通信的传输宽带已经能达到100Gbps，而40Gbps的产品已经逐渐开始商用，10Gbps的产品大量应用于实际的网络中。而由于低宽带的以太网很早就商用于网络中，因此目前城域网中的接入层设备还是大量应用的10M以太网、100M以太网及1000M以太网。但是由于物联网技术和云计算的发展，终端用户对宽带的要求应该是越来越高，那么以前运行的10M的以太网、100M的以太网势必会被1000M的以太网所取代。由于不同宽带以太网两个接口的速率不同，无法互相识别对端发送的码型，在网络的升级过程中就存在不同宽带以太网接口无法对接的问题。在实际情况下，需要工程师手动配置来实现两个设备的接口的速率、工作模式的配对。
在现有技术中，已经能够在PHY芯片中增加以太网自适应的功能，但是由于现有的以太网自适应技术多是使用软件和专用接口实现，就带来了三速以太网自适应技术的稳定性弱、使用专用接口不灵活及适应性差的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于FPGA的以太网自适应方法、装置及系统，以硬件架构增强以太网自适应的稳定性，可编程配置接口使得接口可以灵活选择，提高其应用适应性。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种基于FPGA的以太网自适应方法，该方法包括：
通过第一mii接口接收PHY芯片发送的第一网络传输包；
根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式；
根据所述第一传输速率模式，对所述第一网络传输包进行以太网协议解析，获得第一网络数据包；
根据预设的主机字节序及网络字节序，将所述第一网络数据包转换为第一网络数据流；
根据所述第一网络数据流的内容，执行相应的系统数据处理。
其中，所述根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式，具体为：
通过计数器侦听所述第一mii接口的时钟频率，根据侦听到的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式。
进一步的，所述执行相应的系统数据处理包括：生成需发送给所述PHY芯片的第二网络数据流。
进一步的，在所述生成需发送给所述PHY芯片的第二网络数据流之后，还包括：
根据所述主机字节序及网络字节序，将所述第二网络数据流进行重组，获得第二网络数据包；
根据所述第一传输速率模式，通过以太网协议对所述第二网络数据包进行封装，获得第二网络传输包；
通过第二mii接口向所述PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送所述第二网络传输包；其中，所述第二mii接口的时钟频率由所述第一mii接口的时钟频率进行移相和环回后获得。
为了解决相同的技术问题，第二方面，本发明还提供一种基于FPGA的以太网自适应装置，该装置包括：第一mii接口、速率侦听模块、以太网协议解析模块、数据转换模块和数据处理模块；
所述第一mii接口用于接收PHY芯片发送的第一网络传输包；
所述速率侦听模块用于根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式；
所述以太网协议解析模块用于根据所述第一传输速率模式，对所述第一网络传输包进行以太网协议解析，获得第一网络数据包；
所述数据转换模块用于根据预设的主机字节序及网络字节序，将所述第一网络数据包转换为第一网络数据流；
所述数据处理模块用于根据所述第一网络数据流的内容，执行相应的系统数据处理。
其中，所述速率侦听模块用于根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式，具体为：
所述速率侦听模块通过计数器侦听所述第一mii接口的时钟频率，根据侦听到的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式。
进一步的，所述执行相应的系统数据处理包括：生成需发送给所述PHY芯片的第二网络数据流。
进一步的，基于FPGA的以太网自适应装置还包括数据重组模块、以太网协议封装模块和第二mii接口；
所述数据重组模块用于根据预设的主机字节序及网络字节序，对所述第二网络数据流重组，获得第二网络数据包；
所述以太网协议封装模块用于根据以太网协议，将所述第二网络数据包封装为第二网络传输包；
所述第二mii接口用于向所述PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送所述第二网络传输包，其中，所述第二mii接口的时钟频率由所述第一mii接口的时钟频率进行移位和环回后获得。
进一步的，所述第一mii接口为rgmii接口、rmii接口、smii接口、ssmii接口、gmii接口或sgmii接口中的任意一种；
所述第二mii接口为rgmii接口、rmii接口、smii接口、ssmii接口、gmii接口或sgmii接口中的任意一种。
为了解决相同的技术问题，第三方面，本发明还提供一种基于FPGA的以太网自适应系统，其包括：PHY芯片和上述基于FPGA的以太网自适应装置；所述PHY芯片用于向所述以太网自适应装置发送所述第一网络传输包，以及接收所述以太网自适应装置发送的所述第二网络传输包。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种基于FPGA的以太网自适应方法、装置及系统，该方法通过mii接口与PHY芯片进行通讯，接收或发送网络传输包，接收网络传输包时通过mii接口的时钟频率，确定本次传输的传输速率模式，并根据不同的传输速率模式对网络传输包进行解析、转换，得到网络数据流，以便于根据得到的网络数据流执行相应的系统数据处理。相比于现有技术不同宽带以太网因接口速率不同而无法相互识别对端发送的码型，本发明的mii接口可以灵活选择，对传输速率进行自动识别，提高了应用适用性。此外，本发明无需使用具有固有功能的芯片，不用增加额外成本，移植性强，更容易适用于各种应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术特征，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见的，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，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是本发明实施例一的基于FPGA的以太网自适应方法流程示意图；
图2是本发明实施例二的基于FPGA的以太网自适应装置结构示意图；
图3是本发明实施例三的基于FPGA的以太网自适应装置结构示意图；
图4是本发明实施例四的基于FPGA的以太网自适应系统结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的、效果有更加清楚的理解，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。以下实施例仅用于说明本发明，但是不用来限制本发明的保护范围。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应属于本发明的保护范围。
实施例一
图1所示为本发明实施例一的基于FPGA的以太网自适应方法流程示意图。
如图1所示，该方法包括以下步骤：
S10：通过第一mii接口接收PHY芯片发送的第一网络传输包；
S20：根据第一mii接口的时钟频率，确定第一网络传输包对应的第一传输速率模式；
具体而言，10M宽带的以太网传输mii接口时钟为2.5M，每个时钟传输4bit数据，两个时钟传输8bit数据，即1byte数据；100M宽带的以太网传输mii接口时钟为25M，每个时钟传输4bit数据，两个时钟传输8bit数据，即1byte数据；1000M宽带的以太网传输mii接口时钟为125M，每个时钟传输8bit数据，时钟的上升沿和下降沿各传输4bit。
进一步的，根据第一mii接口的时钟频率，确定第一网络传输包对应的第一传输速率模式，具体为：通过计数器侦听第一mii接口的时钟频率，根据侦听到的时钟频率，判断当前的以太网传输速率速率是10M、100M、或者1000M，并确定第一网络传输包对应的第一传输速率模式。
应当理解，采用计数器侦听第一mii接口的时钟频率是由于FPGA芯片内部自带有时钟计数器，但本发明不限于此。例如，还可以编写可进行速率侦听的计算机程序实现速率侦听。
S30：根据第一传输速率模式，对第一网络传输包进行以太网协议解析，获得第一网络数据包；
具体的，根据第一传输速率模式，对第一网络传输包按照以太网协议进行解析，去掉第一网络传输包中的以太网协议成分，将除去协议成分得到的应用数据提取出来获得第一网络数据包。
S40：根据预设的主机字节序及网络字节序，将第一网络数据包转换为第一网络数据流；
应当理解，不同的中央处理器运行不同的操作系统，主机字节序及网络字节序也会有不同，包括小端字节序及大端字节序，本发明对此不做限制，具体实施时可根据情形选择。
S50：根据第一网络数据流的内容，执行相应的系统数据处理；
应当理解，第一网络数据流在实际应用中会有不同的应用需求，此时就需要对第一网络数据流执行相应的数据处理。例如，当第一网络数据流应用于图像领域时，则会进行相应的图像数据处理，但本发明不限于此。还应理解，执行相应的系统数据处理过程，在对第一网络数据流根据不同应用需求进行相应的数据处理之后，还包括生成需要发送给PHY芯片的第二网络数据流。
进一步的，实施例一的基于FPGA的以太网自适应方法，在生成需发送给PHY芯片的第二网络数据流之后，还包括以下步骤：
根据主机字节序及网络字节序，将第二网络数据流进行重组，获得第二网络数据包；
根据第一传输速率模式，通过以太网协议对第二网络数据包进行封装，获得第二网络传输包；
具体的，根据第一传输速率模式，对第二网络数据包按照以太网协议进行封装，在第二网络数据包的基础添加以太网协议成分，封装后获得第二网络传输包。
通过第二mii接口向PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送第二网络传输包；其中，第二mii接口的时钟频率由第一mii接口的时钟频率进行移相和环回后获得。
本发明实施例一的基于FPGA的以太网自适应方法，通过第一mii接口接收PHY芯片发送的第一网络传输包，根据第一mii接口的时钟频率确定第一网络传输包对应的第一网络传输速率，并进行系列后续处理获得需要发送给PHY芯片的第二网络传输包，并通过第二mii接口向PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送第二网络传输包。其中，第二mii接口的时钟频率由第一mii接口的时钟频率进行移相和环回后获得，从而实现以太网自适应，硬件架构使得以太网自适应的稳定性得到提高；与固有功能的芯片相对比，FPGA的设计更加灵活，移植性更强，更容易适用于各种应用场景。
实施例二
图2所示为本发明实施例二的基于FPGA的以太网自适应装置结构示意图。
如图2所示，该装置包括：第一mii接口、速率侦听模块、以太网协议解析模块、数据转换模块和数据处理模块，其中，
第一mii接口用于接收PHY芯片发送的第一网络传输包；
其中，第一mii接口可以是rgmii接口、rmii接口、smii接口、ssmii接口、gmii接口或sgmii接口中的任意一种，相对于现有技术中数据传输接口都是固有功能芯片已定义好的的专用接口，本发明实施例二的数据传输接口选择更为灵活。
速率侦听模块用于根据第一mii接口的时钟频率，确定第一网络传输包对应的第一传输速率模式；
具体而言，10M宽带的以太网传输mii接口时钟为2.5M，每个时钟传输4bit数据，两个时钟传输8bit数据，即1byte数据；100M宽带的以太网传输mii接口时钟为25M，每个时钟传输4bit数据，两个时钟传输8bit数据，即1byte数据；1000M宽带的以太网传输mii接口时钟为125M，每个时钟传输8bit数据，时钟的上升沿和下降沿各传输4bit。
进一步的，速率侦听模块用于根据第一mii接口的时钟频率，确定第一网络传输包对应的第一传输速率模式，具体为：速率侦听模块通过计数器侦听第一mii接口的时钟频率，根据侦听到的时钟频率，判断当前的以太网传输速率是10M、100M、或者1000M，并确定第一网络传输包对应的第一传输速率模式。
应当理解，采用计数器侦听第一mii接口的时钟频率是由于FPGA芯片内部自带有时钟计数器，但本发明不限于此。
以太网协议解析模块用于根据第一传输速率模式，对第一网络传输包进行以太网协议解析，获得第一网络数据包；
具体的，以太网协议解析模块根据第一传输速率模式，对第一网络传输包按照以太网协议进行解析，去掉第一网络传输包中的以太网协议成分，将除去协议成分得到的应用数据提取出来获得第一网络数据包。
数据转换模块用于根据预设的主机字节序及网络字节序，将第一网络数据包转换为第一网络数据流；
应当理解，不同的中央处理器运行不同的操作系统，主机字节序及网络字节序也会有不同，包括小端字节序及大端字节序，本发明对此不做限制，具体实施时可根据情形选择。
数据处理模块用于根据第一网络数据流的内容，执行相应的系统数据处理。
应当理解，第一网络数据流在实际应用中会有不同的应用需求，此时数据处理模块就需要对第一网络数据流执行相应的数据处理。例如，当第一网络数据流应用于图像领域时，数据处理模块会进行相应的图像数据处理，但本发明不限于此。还应理解，数据处理模块在执行相应的系统数据处理过程，在对第一网络数据流根据不同应用需求进行相应的数据处理之后，还包括生成需要发送给PHY芯片的第二网络数据流。
进一步的，实施例二的基于FPGA的以太网自适应装置，还包括数据重组模块、以太网协议封装模块和第二mii接口；
数据重组模块用于根据预设的主机字节序及网络字节序，对第二网络数据流重组，获得第二网络数据包；
以太网协议封装模块用于根据以太网协议，将第二网络数据包封装为第二网络传输包；
具体的，以太网协议解析模块根据第一传输速率模式，对第二网络数据包按照以太网协议进行封装，在第二网络数据包的基础添加以太网协议成分，封装后获得第二网络传输包。
第二mii接口用于向PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送第二网络传输包，其中，第二mii接口的时钟频率由第一mii接口的时钟频率进行移位和环回后获得。
其中，第二mii接口可以是rgmii接口、rmii接口、smii接口、ssmii接口、gmii接口或sgmii接口中的任意一种，相对于现有技术中数据传输接口都是固有功能芯片已定义好的的专用接口，本发明实施例二的数据传输接口选择更为灵活。
实施例三
图3所示为本发明实施例三的基于FPGA的以太网自适应装置结构示意图。
优选的，实施例三的基于FPGA的以太网自适应装置，在实施例二的基础上，还包括速率配置模块，其结构示意图如图3所示；
其工作流程与实施例二基本一致，具体在此不再赘述，不同点在于：在速率侦听模块确定第一网络传输包对应的第一传输速率模式后，由速率配置模块将第一传输速率模式配置到第一mii接口、以太网协议解析模块、以太网协议封装模块以及第二mii接口，第一mii接口、以太网协议解析模块、以太网协议封装模块以及第二mii接口根据接收到的第一传输速率进行相应的处理。
本发明实施例二、实施例三的基于FPGA的以太网自适应装置，通过第一mii接口接收PHY芯片发送的第一网络传输包，根据第一mii接口的时钟频率确定第一网络传输包对应的第一网络传输速率，并进行系列后续处理获得需要发送给PHY芯片的第二网络传输包，并通过第二mii接口向PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送第二网络传输包。其中，第二mii接口的时钟频率由第一mii接口的时钟频率进行移相和环回后获得，从而实现以太网自适应，硬件架构使得以太网自适应的稳定性得到提高，同时可编程配置接口使得接口可以灵活选择、提高其应用适应性；与固有功能的芯片相对比，FPGA的设计更加灵活，移植性更强，更容易适用于各种应用场景。
实施例四
图4所示为本发明实施例四的基于FPGA的以太网自适应系统结构示意图。
如图4所示，该系统包括PHY芯片和实施例二或者实施例三的基于FPGA的以太网自适应装置，其中，
PHY芯片的数据发送端，通过第一mii接口向以太网自适应装置发送第一网络传输包，PHY芯片的数据接收端，通过第二mii接口接收以太网自适应装置发送的第二网络传输包。
本发明实施例四的基于FPGA的以太网自适应系统，以硬件架构增强了以太网自适应的稳定性，可编程配置接口使得接口可以灵活选择，提高了其应用适应性。
应当理解，本发明提供的几个实施例仅是示意性的，所揭露的方法、装置及系统，可以通过其他的方式实现。例如，其中的某个或者多个模块可以结合或者集成到另一系统中。
以上所述，仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干等效的修改或替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的以太网自适应方法，其特征在于，包括：
通过第一mii接口接收PHY芯片发送的第一网络传输包；
根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式；
根据所述第一传输速率模式，对所述第一网络传输包进行以太网协议解析，获得第一网络数据包；
根据预设的主机字节序及网络字节序，将所述第一网络数据包转换为第一网络数据流；
根据所述第一网络数据流的内容，执行相应的系统数据处理。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的以太网自适应方法，其特征在于，所述根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式，具体为：
通过计数器侦听所述第一mii接口的时钟频率，根据侦听到的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的以太网自适应方法，所述执行相应的系统数据处理包括：生成需发送给所述PHY芯片的第二网络数据流。
4.根据所述权利要求3所述的基于FPGA的以太网自适应方法，在所述生成需发送给所述PHY芯片的第二网络数据流之后，还包括：
根据所述主机字节序及网络字节序，将所述第二网络数据流进行重组，获得第二网络数据包；
根据所述第一传输速率模式，通过以太网协议对所述第二网络数据包进行封装，获得第二网络传输包；
通过第二mii接口向所述PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送所述第二网络传输包；其中，所述第二mii接口的时钟频率由所述第一mii接口的时钟频率进行移相和环回后获得。
5.一种基于FPGA的以太网自适应装置，其特征在于，包括：第一mii接口、速率侦听模块、以太网协议解析模块、数据转换模块和数据处理模块；
所述第一mii接口用于接收PHY芯片发送的第一网络传输包；
所述速率侦听模块用于根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式；
所述以太网协议解析模块用于根据所述第一传输速率模式，对所述第一网络传输包进行以太网协议解析，获得第一网络数据包；
所述数据转换模块用于根据预设的主机字节序及网络字节序，将所述第一网络数据包转换为第一网络数据流；
所述数据处理模块用于根据所述第一网络数据流的内容，执行相应的系统数据处理。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的以太网自适应装置，其特征在于，所述速率侦听模块用于根据所述第一mii接口的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式，具体为：
所述速率侦听模块通过计数器侦听所述第一mii接口的时钟频率，根据侦听到的时钟频率，确定所述第一网络传输包对应的第一传输速率模式。
7.根据权利要求5所述的基于FPGA的以太网自适应装置，其特征在于，所述执行相应的系统数据处理包括：生成需发送给所述PHY芯片的第二网络数据流。
8.根据权利要求7所述的基于FPGA的以太网自适应装置，其特征在于，还包括数据重组模块、以太网协议封装模块和第二mii接口；
所述数据重组模块用于根据预设的主机字节序及网络字节序，对所述第二网络数据流重组，获得第二网络数据包；
所述以太网协议封装模块用于根据以太网协议，将所述第二网络数据包封装为第二网络传输包；
所述第二mii接口用于向所述PHY芯片按照第二mii接口发送时序发送所述第二网络传输包，其中，所述第二mii接口的时钟频率由所述第一mii接口的时钟频率进行移位和环回后获得。
9.根据权利要求8所述的基于FPGA的以太网自适应装置，其特征在于，所述第一mii接口为rgmii接口、rmii接口、smii接口、ssmii接口、gmii接口或sgmii接口中的任意一种；
所述第二mii接口为rgmii接口、rmii接口、smii接口、ssmii接口、gmii接口或sgmii接口中的任意一种。
10.一种基于FPGA的以太网自适应系统，其特征在于，包括：PHY芯片和权利要求5至9任意一项所述的以太网自适应装置；
所述PHY芯片用于向所述以太网自适应装置发送网络传输包，以及接收所述以太网自适应装置发送的网络传输包。
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