一种计算机网络接口系统的制作方法

本发明涉及电子设备，特别是涉及一种基于国产fpga的“双mac+prp”结构网口的计算机网络接口系统。

背景技术：

1、现有技术中计算机的网络接口一般设计为“mac(media access control：媒体存取控制)+phy+rj45”的结构，芯片的mac控制器输出直接与外部的phy芯片连接，随后通过rj45接口接入网络。

2、将一个计算机接入网络，一般为固定的电口或光口接口，要实现光口接口与电口接口之间的互连，需要在外部加入一个光电转换的交换机。可见，由于计算机网络接口为固定的电口或光口，在不同介质接口之间存在适配便捷性差，需要第三方设备为接口转换提供支持，如图2所示为单mac结构纯电口、纯光口计算机之间的互联示意图。

3、在具备电口与光口两种网络接口的计算机中，其电口与光口独立占用cpu的mac控制器，使得cpu的一个mac控制器，只能仅工作于电口或光口，在硬件设计完成后，其结构就固定，无法通过软件进行配置修改；其硬件连接示意图，如图3所示。

4、并且现有技术中传统计算机的网络模式为普通网络模式，不具有prp冗余通信的功能。由于不具有prp冗余功能，在环境复杂的情况下，通信的可靠性受到影响。因此，普通计算机不具有prp冗余网络通信的功能，如果要使用prp冗余网络进行通信，在功能上就无法满足要求。

5、另外，现有技术中的计算机使用fpga(fieldprogrammable gate array：现场可编程门阵列)实现网络数据链路层的桥接功能，要求fpga的两端，一端连接cpu的mac控制器，一端连接phy芯片，在这种设计的要求下，采用数据链路层rgmii接口直接连接的方式，存在丢包率高，开发调试定位问题困难,其整个链路的连接示意图如图4所示。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供用于克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种计算机网络接口系统。

2、本发明提供了如下方案：

3、一种计算机网络接口系统，包括：

4、现场可编程门阵列器件，所述现场可编程门阵列器件设置于计算机cpu与网口模块之间；所述网口模块至少包括一个电口网络接口以及至少一个光口网络接口；

5、所述现场可编程门阵列器件用于以媒体存取控制ip核的方式实现现场可编程门阵列器件在网络数据链路层的通信桥接功能；

6、其中，所述现场可编程门阵列器件包括数据链路层控制单元，所述数据链路层控制单元包括第一媒体存取控制器以及第二媒体存取控制器，所述第一媒体存取控制器与所述计算机cpu的第三媒体存取控制器相连，所述第一媒体存取控制器与所述第二媒体存取控制器通过控制器互连控制模块相连；所述第二媒体存取控制器与所述电口网络接口相连。

7、优选地：所述现场可编程门阵列器件还用于以并行冗余协议ip核的方式实现并行冗余协议网络冗余通信功能。

8、优选地：所述现场可编程门阵列器件还包括并行冗余协议模块，所述并行冗余协议模块分别与所述控制器互连控制模块以及所述光口网络接口相连；

9、所述并行冗余协议模块用于接收所述第一媒体存取控制器发出的网络数据帧，并在其后加上prp字段，并重新计算crc校验值，通过所述光口网络接口传送给网络中的其他节点。

10、优选地：所述并行冗余协议模块还用于确定普通网络的数据包发送给所述并行冗余协议模块时，解析出数据后传递给所述控制器互连控制模块，以便所述控制器互连控制模块将数据发送给所述第一媒体存取控制器，并通过所述第一媒体存取控制器传递给所述第三媒体存取控制器。

11、优选地：每一帧数据的总长度均有目标长度，以使整个prp网络帧的数据长度不超过普通网络单帧的最大允许长度。

12、优选地：所述现场可编程门阵列器件还包括第一lio模块以及cfg_ctrl模块，所述并行冗余协议模块与所述第一lio模块通过所述cfg_ctrl模块相连，所述第一lio模块与所述计算机cpu的第二lio模块相连；

13、所述cfg_ctrl模块用于接收第二lio模块的指令与数据对所述控制器互连控制模块的转发参数进行控制；并接收所述计算机cpu对所述并行冗余协议模块的mac地址配置、监控帧使能控制指令，实现对所述并行冗余协议ip核的相关参数进行配置。

14、优选地：所述cfg_ctrl模块与所述控制器互连控制模块相连；所述控制器互连控制模块用于在所述cfg_ctrl模块控制下对所述第一媒体存取控制器发送的数据进行选择转发。

15、优选地：所述现场可编程门阵列器件还包括锁相环，所述锁相环分别与所述第一媒体存取控制器、所述第二媒体存取控制器、所述第一lio模块、所述cfg_ctrl模块相连；所述锁相环用于提供所需频率的时钟。

16、优选地：所述现场可编程门阵列器件包括型号为smq7k325t的fpga芯片。

17、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

18、本申请实施例提供的一种计算机网络接口系统，改善了计算机网络接口对外连接的兼容性，使计算机可以直接与电口或光口网络接口的设备直接连接，不需要外部交换机辅助；在fpga中采用mac与mac的连接方式，消除了数据链路层直接连接带来的通信延迟过大和丢包率较高的缺点。

19、另外，在优选的实施方式下，采用prp ip核，在不增加硬件开销的情况下，使计算机具有prp冗余网络通信功能，可以满足，如：核控制领域的网络通信要求。在fpga中mac与mac相连桥接的方式，可以降低开发设计过程中调试定位问题的困难，为基于fpga的网络桥接设计提供一种方式。

20、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种计算机网络接口系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的计算机网络接口系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件还用于以并行冗余协议ip核的方式实现并行冗余协议网络冗余通信功能。

3.根据权利要求2所述的计算机网络接口系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件还包括并行冗余协议模块，所述并行冗余协议模块分别与所述控制器互连控制模块以及所述光口网络接口相连；

4.根据权利要求3所述的计算机网络接口系统，其特征在于，所述并行冗余协议模块还用于确定普通网络的数据包发送给所述并行冗余协议模块时，解析出数据后传递给所述控制器互连控制模块，以便所述控制器互连控制模块将数据发送给所述第一媒体存取控制器，并通过所述第一媒体存取控制器传递给所述第三媒体存取控制器。

5.根据权利要求4所述的计算机网络接口系统，其特征在于，每一帧数据的总长度均有目标长度，以使整个prp网络帧的数据长度不超过普通网络单帧的最大允许长度。

6.根据权利要求3所述的计算机网络接口系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件还包括第一lio模块以及cfg_ctrl模块，所述并行冗余协议模块与所述第一lio模块通过所述cfg_ctrl模块相连，所述第一lio模块与所述计算机cpu的第二lio模块相连；

7.根据权利要求6所述的计算机网络接口系统，其特征在于，所述cfg_ctrl模块与所述控制器互连控制模块相连；所述控制器互连控制模块用于在所述cfg_ctrl模块控制下对所述第一媒体存取控制器发送的数据进行选择转发。

8.根据权利要求6所述的计算机网络接口系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件还包括锁相环，所述锁相环分别与所述第一媒体存取控制器、所述第二媒体存取控制器、所述第一lio模块、所述cfg_ctrl模块相连；所述锁相环用于提供所需频率的时钟。

9.根据权利要求1至8任一项所述的计算机网络接口系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件包括型号为smq7k325t的fpga芯片。

技术总结
本发明公开了一种计算机网络接口系统，改善了计算机网络接口对外连接的兼容性，使计算机可以直接与电口或光口网络接口的设备直接连接，不需要外部交换机辅助；在FPGA中采用MAC与MAC的连接方式，消除了数据链路层直接连接带来的通信延迟过大和丢包率较高的缺点。另外，采用PRP I P核，在不增加硬件开销的情况下，使计算机具有PRP冗余网络通信功能，可以满足，如：核控制领域的网络通信要求。在FPGA中MAC与MAC相连桥接的方式，可以降低开发设计过程中调试定位问题的困难，为基于FPGA的网络桥接设计提供一种方式。

技术研发人员：李森,徐碧辉,唐吉林,唐治海,李雨航,李中,袁霞,祝本明
受保护的技术使用者：中国兵器装备集团自动化研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16