[发明专利]基于芯片级加密的以太网和现场总线融合网关及传输方法

说明书

本发明提供了一种基于芯片级数据加密的以太网和现场总线融合网关及其报文传输方法，包括物理层PHY芯片；所述物理层PHY芯片连接以太网和CAN总线，用于在以太网和CAN总线之间进行报文互传；所述物理层PHY芯片对所述报文进行加解密。本发明在物理层PHY芯片上实现CAN协议报文和以太网报文的互转，并且支持MacSec(IEEE802.1ae)硬件加密数据的安全工业以太网网关。本方案采用低成本、短时间、无缝隙的技术，把以太网作为CAN总线的传输载体，延长CAN总线的部署距离，扩展其部署空间，并且本方案的部署和使用，对CAN总线及其设备透明。

技术领域

本发明涉及工业以太网技术领域，具体涉及一种基于芯片级数据加密的以太网和现场总线融合网关及其报文传输方法、传输网络。

背景技术

工业以太网网关的应用遍及智能工厂、智能交通、环境保护、工业监测、环境监测等多个领域。工业以太网网关基本功能是把现场总线上感知层采集到的各类信息通过相关协议转换形成高速数据传递到互联网，实现一定管理功能。控制器局域网总线(CAN，Controller Area Network)是一种主流的现有工业现场总线、车载网、轨道交通等领域采用的通讯协议总线，具有：封闭性强、实时性高、可靠性高、带宽小、部署量巨大、升级困难等特点。以太网(Ether Net)具有：开放性强、实时性低、可靠性低、带宽大、部署量很大、升级容易等特点，通过工业以太网网关把CAN总线与以太网互联，升级现有的CAN总线应用技术，可方便实现对不同CAN总线上各种工业设备互联，实现远程控制、监测和诊断等功能，以达到企业提高效率和降低成本的目的。

目前现有的以太网网关使用软件方法在TCP/IP协议栈的传输层或者应用层实现CAN报文和以太网报文的互转，实现复杂，报文转发延时大，丢包率高，而且CAN报文在以太网中传输安全性很低。

因此，如何提供一种传输快、高安全性能的基于芯片级数据加密的以太网和现场总线融合网关及其报文传输方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种在物理层PHY芯片上实现CAN协议报文和以太网报文的互转，并且支持MacSec(IEEE802.1ae)硬件加密数据的安全工业以太网网关。本方案采用低成本、短时间、无缝隙的技术，把以太网作为CAN总线的传输载体，延长CAN总线的部署距离，扩展其部署空间，并且本方案的部署和使用，对CAN总线及其设备透明。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提出了一种基于芯片级数据加密的以太网和现场总线融合网关，包括物理层PHY芯片；所述物理层PHY芯片连接以太网和CAN总线，用于在以太网和CAN总线之间进行报文互传；所述物理层PHY芯片对所述报文进行加解密。

优选的，所述物理层PHY芯片包括依次连接的媒体依赖接口MDI模块、前端模拟模块、CAN SerDes模块、CAN控制器模块、数据缓存模块、插入删除时间戳模块、协议转换模块、加解密模块以及媒体无关接口MII模块；所述媒体依赖接口MDI模块连接至CAN总线；所述媒体无关接口MII模块连接至以太网。

优选的，所述插入删除时间戳模块用于在报文前面添加数据缓存模块接收到报文的时间戳。

优选的，所述协议转换模块用于添加或删除以太网二层头，所述二层头的数据结构为：目的MAC地址MAC DA、源MAC地址MAC SA、VLAN标签和报文类型/长度。

优选的，所述加解密模块采用MacSec的方式实现报文的加密；所述加解密模块根据所述MAC DA和所述MAC SA确定MacSec解密密钥并解密。

本发明第二方面提供了一种基于芯片级数据加密的以太网和现场总线融合网关的报文传输方法，该传输方法包括本发明第一方面中所述的基于芯片级数据加密的以太网和现场总线融合网关，报文传输方法包括以下步骤：