一种全可编程sdn交换的制造方法
【专利摘要】一种全可编程SDN交换机。它以可编程逻辑单元与处理器为核心,配备高速网络接口,以可编程逻辑单元实现数据通道处理硬件全可编程,用于搭建并研究高性能、低功耗的中小型传统网络系统、SDN/OpenFlow交换机系统。
【专利说明】—种全可编程SDN交换机
【技术领域】
:
[0001]本实用新型涉及通信领域，具体而言，涉及一种交换机。
【背景技术】
:
[0002]软件定义网络SDN是目前网络研究热点，其核心是数据平面与控制平面分离，将控制平面抽象，以上层软件统一操作，给网络设计规划与管理提供了极大的灵活性。目前，Openflow是使用最广泛的一种SDN协议，已成为SDN的事实标准。通过0PENFL0W协议，网络交换设备以外的控制器可以对网络交换设备的包转发等行为规则进行编程和管理，使控制器对整个网络中交换设备的运行进行集中控制和管理成为可能。支持Openflow的交换机现在已陆续有少量面市，但已公布的0PENFL0W的交换机中，数据通道的方案均为软件处理或有限自定义ASIC，处理性能较低或用户自定义程度不高，尚未不能以全可编程硬件的形式全面支持SDN网络数据平面。
实用新型内容:
[0003]本实用新型提供了一种全可编程开放交换机，具有高速率的可编程逻辑器件与处理器互联接口，并配备高速网络端口，满足高速网络研究与商用需求，而且，可以全可编程硬件的形式实现SDN数据通路。
[0004]本实用新型的SDN交换机包括以下部分:处理器、可编程逻辑单元；与处理器相连的管理通道网络接口、存储卡模块、用户USB模块、USB串口模块；分别与处理器和可编程逻辑单元相连的两组存储器；与可编程逻辑单元相连的存储及无线模块、网络接口 ；与处理器和可编程逻辑单元均相连板间连接器；以及于上述各部分相连的电源管理模块；其特征在于:处理器与可编程逻辑单元是独立的分立器件，通过走线互联；或者两者合并为单一片芯片，芯片内部整合处理器与可编程逻辑单元，两者之间通过高带宽的片内总线互联。
[0005]优选地，所述管理通道网络接口提供给交换机对外通信路径。
[0006]优选地，所述存储卡模块存储系统文件、系统版本和用户数据。
[0007]优选地，所述用户USB模块将处理器连接其他外部USB设备。
[0008]优选地，所述USB串口模块连将处理器接其他串口设备。
[0009]优选地，所述两组存储器均包含静态处理器和动态处理器。
[0010]优选地，所述存储及无线模块与可编程逻辑单元的串行收发口相连，可编程逻辑单元通过存储及无线模块与其他存储设备和/或无线模块相连。
[0011]优选地，所述网络接口包括万兆网络接口和千兆网络接口，可编程逻辑单元通过万兆网络接口与以太网或广域网相连，通过千兆网络接口与电口或光口网络相连。
[0012]优选地，SDN交换机通过所述板间连接器与外部扩展子卡相连。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0013]图1为本实用新型的硬件系统框图。
[0014]图2为本实用新型实现SDN交换机的片上硬件逻辑框图。
【具体实施方式】
:
[0015]如图1所示，本实用新型的硬件系统包含以下部分:
[0016]核心部分是处理器与可编程逻辑单元(FPGA)，此部分可以是处理器与可编程逻辑单元独立的分立器件，在同一板上通过高速接口板上走线互联，也可以是单一片芯片，芯片内部整合处理器与可编程逻辑单元，二者之间通过高带宽的片内总线互联。以分立器件实现时，处理器可是ARM，X86，MIPS, POWERPC (PPC)等架构，可编程逻辑单元可以是现场可编程门阵列(FPGA);以整合芯片实现时，可以是整合处理器与可编程逻辑单元的集成芯片(ASIC)，也可以是利用软核以逻辑资源构建处理器的FPGA。处理器和可编程逻辑单元、动态/静态存储器、管理通道千兆网口、存储卡、用户USB、USB串口 ；可编程逻辑单元和处理器、高速板件互联、大容量存储/无线模块、数据通道、动态/静态存储器相连。
[0017]管理通道网络接口，包含若干个1000M/100M/10M三速自适应RJ45电口或光网络接口，通过GMII/RGMII/SGMII连接处理器，提供给系统一个有别于数据通道网络的对外通信路径。该接口和处理器相连。
[0018]存储卡模块，提供SD、TF、记忆棒等卡槽，通过SD1接口连接处理器，可根据需要选择合适容量的存储卡装配，可以支持系统版本存储和用户数据存储。存储卡模块和处理器相连。
[0019]用户USB模块，包含一个USB OTG接口，用于处理器连接其他外部USB设备，主从皆可。用户USB模块和处理器相连。
[0020]USB串口模块，为处理器调试UART串口，为方便使用，在单板上经转换芯片转为USB接口，此处也可用标准UART接口配合分立的USB串口转换器实现，亦可直接将串口连接另一个带UART串口的设备。USB串口模块和处理器相连。
[0021]动态/静态存储器，处理器和可编程逻辑单元均外挂有动态/静态存储器，其中动态处理器为运行内存，静态处理器存储系统版本和用户数据。动态处理器含SDRAM，DDRSDRAM, RLDRAM，静态存储器含FLASH，EMMC, EEPROM, SRAM, QDR等，其中高速静态存储器QDR亦可作数据处理缓存。动态/静态存储器模块为两组，分别与处理器和可编程逻辑单元相连。
[0022]大容量存储/无线模块，包含一个Mini PCIe卡槽，可接入WIFI模块，连接可编程逻辑单元高速串行收发口。也可用于实现大容量存储设备的接入，如磁盘，固态硬盘等。大容量存储/无线和可编程逻辑单元相连。
[0023]高速板间连接器，自定义若干电源、时钟、低速单端信号线，高速差分信号线等，接入处理器和可编程逻辑单元，可根据用户实际需求扩展子卡。高速板间连接器和处理器、可编程逻辑单元相连。
[0024]数据通道万兆网络接口，包含若干个SFP+或XFP接口，以提供1Gbps以太网或广域网接入，接口直连可编程逻辑单元的高速串行收发口或通过1Gbps物理层芯片转接可编程逻辑单元。数据通道万兆网络接口和可编程逻辑单元相连。
[0025]数据通道千兆网络接口，包含若干个1000M/100M/10M三速自适应RJ45电口或光网络接口，由物理层芯片PHY经通信专用总线(GMII，RGMII, SGMII, QSGMII等)接入可编程逻辑单元，提供网络通信路径。其中物理层芯片PHY可提供多种高级附加网络功能，包括同步以太网，IEEE 1588协议支持等。数据通道千兆网络接口和可编程逻辑单元相连。
[0026]电源管理模块，提供上下电时序控制，电压实时监控，功率监测等功能。
[0027]优选的，可编程逻辑单元的系统硬件框图见图2，具体结构如下:
[0028]网络接口模块，在可编程逻辑单元内构建的接口驱动器，用于对接外部网络侧PHY芯片。其对外接口形式可以是MII，GMII，SGMII，RGMII和100BaseX等。网络接口和三速以太网模块相连。
[0029]三速以太网模块AXI_ETH是一个三速(10/100/1000Mb/s)MAC(介质访问控制)，支持Mil，GMI I, SGMI I, RGMII和100BaseX等网络接口模块。在此MAC模块中，构建了 MD1接口，用来连接PHY，管理PHY上寄存器，配置PHY功能、查看状态、处理中断；用AXM-Lite总线连接上层控制系统，AXM-Lite slave接口提供了非突发模式传输的读和写控制数据。而发送和接收数据则是通过AXI4-Stream接口。AXI_ETH通过内部总线将接收到的网络通信包送入SDN Openflow主模块，经处理后由SDN Openflow主模块发至相应的MAC向网络送出。三速以太网模块和网络接口模块、软件定义网络SDN Openflow主模块相连。
[0030]openf low_switch_core 为 SDN Openflow 交换机主模块，设计遵循 openflow 协议，数据进来后经过仲裁，包解析，根据act1n进行处理，然后由对应端口的MAC，发送上网络。SDN Openflow交换机主模块和三速以太网模块、DMA模块相连。
[0031]DMA模块，直接存储器访问(Direct Memory Access,DMA)允许内部的硬件子系统独立地直接读写系统存储器，而不需绕道处理器。在本系统中，SDN Openflow模块和处理器均可直接访问此模块，以实现对网络数据包的缓存、交换等动作。DMA模块和先进可扩展接口 AXI相连。
[0032]处理器模块，用于配置、查询、管理各模块，并为Openflow协议规定的处理流程提供控制、解析、指令等支持。处理器可以是ARM，X86，MIPS，POWERPC(PPC)等架构。处理器模块和先进可扩展接口 AXI相连。
[0033]先进可扩展接口AXI Interconnect 模块。AXI (Advanced extensible Interface)是一种总线协议，该协议是ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller BusArchitecture) 3.0协议中最重要的部分,是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它可将一个或多个AXI memory-mapped主设备连接至一个或者多个AXI memory-mapped从设备，支持的AXI协议有AXI3，AXI4，和AXI4_Lite。在我们的系统中，用此模块做了 AXI_ETHERNET、SDN Openf low主模块、处理器、DMA的互联。在处理器与可编程逻辑单元分立的设计中，此功能可由高速片间总线替代。先进可扩展接口 AXI模块和三速以太网模块、SDNOpenflow主模块、处理器、DMA相连。
【权利要求】
1.一种SDN交换机，包括以下部分:处理器、可编程逻辑单元；与处理器相连的管理通道网络接口、存储卡模块、用户USB模块、USB串口模块；分别与处理器和可编程逻辑单元相连的两组存储器；与可编程逻辑单元相连的存储及无线模块、网络接口 ；与处理器和可编程逻辑单元均相连板间连接器；以及于上述各部分相连的电源管理模块；其特征在于:处理器与可编程逻辑单元是独立的分立器件，通过走线互联；或者两者合并为单一片芯片，芯片内部整合处理器与可编程逻辑单元，两者之间通过高带宽的片内总线互联。
2.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:所述管理通道网络接口提供给交换机对外通信路径。
3.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:所述存储卡模块存储系统文件、系统版本和用户数据。
4.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:所述用户USB模块将处理器连接其他外部USB设备。
5.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:所述USB串口模块连将处理器接其他串口设备。
6.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:所述两组存储器均包含静态处理器和动态处理器。
7.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:所述存储及无线模块与可编程逻辑单元的串行收发口相连，可编程逻辑单元通过存储及无线模块与其他存储设备和/或无线模块相连。
8.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:所述网络接口包括万兆网络接口和千兆网络接口，可编程逻辑单元通过万兆网络接口与以太网或广域网相连，通过千兆网络接口与电口或光口网络相连。
9.根据权利要求1所述的SDN交换机，其特征在于:SDN交换机通过所述板间连接器与外部扩展子卡相连。
【文档编号】H04L12/931GK204168323SQ201420703213
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】胡成臣, 赵泓博, 吕伟男, 杨骥, 团哲恒, 史明, 乔思祎, 杨卫 申请人:南京叠锶信息技术有限公司