[发明专利]一种基于FPGA内存动态分配的数据交换方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于FPGA内存动态分配的数据交换方法及装置，采用现场可编程FPGA器件实现以太网二层交换处理业务，采用内存动态分配策略，即使用FPGA内部RAM实现一级缓存单元和二级缓存单元作为转发报文缓存，一级缓存单元缓存二层交换处理后的以太网报文，二级缓存单元动态分配给有报文突发传输的某一个端口。一般情况只使用一级缓存单元作为转发报文缓存，当某端口瞬时流量过大时就申请占用二级缓存单元，报文发完后释放二级缓存单元，二级缓存单元动态分配给瞬时流量大的端口，合理高效的使用了FPGA内部缓存，省掉了常规报文缓存策略需要挂载的SDRAM。

技术领域

本发明涉及通讯及电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种基于FPGA内存动态分配的数据交换方法及装置。

背景技术

随着变电站数字化和智能化的不断发展，对网络通信的多样化和个性化需求要求越来越多，传统的网络交换芯片的局限性越来越明显。适用于1000kV及以下各种电压等级的母线保护装置，包含主机箱和子机箱，主机箱要通过网络完成SV采样和GOOSE跳闸等功能,子单元为主机箱的扩展，也要完成SV和GOOSE的数据接收以及和主机通信，该母线保护装置的网络拓扑结构如图1所示，子机通过交换机端口5和主机外部级联通信，子机交换机端口1至端口4和外部网络通信，端口1至端口4是点对点通信报文流量是可控的，端口5是端口1至端口4的汇聚口，瞬时流量可能会很大，交换机需要处理好端口5的报文突发传输。

以太网交换机是一种用于信号转发的网络设备，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的信号通路。工作于OSI参考模型的第二层数据链路层的交换机，即二层交换机，没有IP路由功能，仅处理数据链路层的交换业务。当前实现网络交换有两种策略，一是使用现成的网络芯片；二是使用现场可编程器件FPGA实现网络交换功能。在网络拓扑结构改变时，网络交换芯片无法改变自身结构，使用会受到局限；目前使用FPGA实现的网络交换都会使用外置SRAM存储器，用于临时储存转发的网络包，硬件成本和实现复杂度高。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种基于FPGA内存动态分配的数据交换方法及装置，采用内存动态分配策略以解决级联口的报文缓存问题，其中缓存仅使用FPGA内部RAM实现，降低了硬件成本和实现的复杂度。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于FPGA内存动态分配的数据交换方法，包括步骤：

S1、接收以太网报文，从中解析出转发目的端口并将其封装至转发报文中；

S2、将所述转发报文存放至一级缓存单元；

S3、判断二级缓存单元的占用情况，并根据判断结果对该转发报文进行处理。

进一步的，所述一级缓存单元和二级缓存单元均由FPGA内存提供。

进一步的，所述二级缓存单元可动态分配。

进一步的，所述判断二级缓存单元的占用情况，并根据判断结果对该转发报文进行处理包括：

S31、查询所述目的端口是否占用二级缓存单元，若是，则跳转至步骤S36；若否，则执行步骤S34；

S34、判断所述目的端口的发送缓存是否已满，若是，则执行步骤S35；若否，则跳转至步骤S38；

S35、判断二级缓存单元是否空闲，若是，则执行步骤S36；若否，则报文数据溢出；

S36、将所述转发报文存放至二级缓存单元；

S37、当所述二级缓存单元为非空时，等待直至所述目的端口的发送缓存有空间；

S38、将所述报文数据写入该目的端口的发送缓存并发送。

进一步的，还包括：