[发明专利]一种基于通用串行收发接口背板总线交换系统

说明书

本发明公开了一种基于通用串行收发接口背板总线交换系统，包括数据链路层协议、设备和总线交换芯片，数据链路层协议的帧结构包括帧头、源地址标识、目的地址标识、协议族标识、协议标识、负荷长度、负荷和校验码；设备包括交换设备、全特性节点设备和透明节点设备，交换设备用于接收每个端口上的帧，全特性节点设备指的是完整实现了数据链路层协议的设备，透明节点设备具有通用异步收发接口；透明节点设备通过通用异步收发接口直接发送信息内容。本发明具有通用性强、成本低的特点，基于包交换技术，可以实现任意节点之间通信，也可以实现一对多的广播、组播通信。

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种基于通用串行收发接口背板总线交换系统。

背景技术

模块化设计的机架式设备中，通常需要提供一条或多条背板总线，用来连接各个板卡模块，实现模块间的通信、管理等功能。根据设备功能的不同、板卡模块功能的不同等，设计背板时选择的背板总线技术也各不相同。常用的背板总线技术有：背板以太网、IIC总线、PCI/CPCI/CPCIE总线等。

背板以太网基于以太网技术，每个板卡模块上提供一个以太网接口，在背板上提供一个以太网交换机，通过以太网交换机实现各个板卡模块之间的数据通信。以太网技术成熟，支持10M/100M/1000M/10G/40G…等多种数据速率接口，既可以用于成本较低的设备，也可以用于对通信速率有较高要求的场合。其缺点在于，每块板卡模块都需要提供以太网接口，这就需要支持以太网接口的微处理器和相应的以太网物理层芯片，同时背板需要提供10～20路接口的以太网交换机，难以进一步降低成本。

IIC总线是一种电路并联的主从模式时分复用总线。IIC总线成本低，线路简单，支持广泛，常用于板卡模块的信息识别、管理和低速数据传输。但是IIC总线所有设备并联在一组线路上，任何一个节点发生故障，都可能会无限期占用总线，导致总线锁死。同时，IIC总线的主从架构模式下，只能由主节点发起通信请求，从节点向主节点做出相应，而一组总线上只能存在一个主节点，这就导致从节点之间无法直接通信。

PCI/CPCI/CPCIE等并行数据总线是常用于x86_64架构的工业计算机的背板数据总线。此类总线对x86_64架构的CPU支持性好，兼容设备多。其缺点是：PCI/CPCI并行总线需要大量数据/地址线，背板走线密度高，线路受到干扰的概率随走线数量增加而增加；背板生产成本高；随着接入总线的模块数量增加，总线通信数据速率会相应降低。CPCIE基于PCI-E串行接口，数据速率高，但是对背板质量要求高，对非x86_64架构的设备支持性差，接口芯片成本高。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中背板总线交换技术成本较高、兼容性差和通信方式较为单一的问题，而提出的一种基于通用串行收发接口背板总线交换系统。

2.技术方案

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于通用串行收发接口背板总线交换系统，包括数据链路层协议、设备和总线交换芯片，其特征在于，在通用异步收发接口作为物理层技术的基础上，专门定义了数据链路层协议；

所述数据链路层协议的帧结构包括帧头、源地址标识、目的地址标识、协议族标识、协议标识、负荷长度、负荷、校验码，协议族标识和协议标识也可以用来表示源端口与目的端口，具体含义由通信双方协定；

所述数据链路层协议的节点地址可以由节点主动声明获取，也可以由交换节点静态或动态分配。

优选地，所述设备包括交换设备、全特性节点设备、透明节点设备；所述交换设备用于接收每个端口上的帧，并根据帧的目的地址将其转发给其他节点，交换设备自身也可以持有地址；所述全特性节点设备指的是完整实现了权利要求1所述的数据链路层协议的设备；所述透明节点设备指的是具有通用异步收发接口，但没有实现权利要求1所述的数据链路层协议的设备。