采用PCI总线的通用网络协议实验平台
在网络技术快速发展的今天，根据用户特殊的需求，有时需要研发特殊的私有网络协议，以使网络的性能得到优化。研究新的网络协议，必须进行仿真以验证性能，但是网络结构复杂，性能指标多样，并且不同的协议需要的具体测试环境不同，因此很难用纯软件的方式（如NS2、OPNET）给出网络协议运行性能的有效描述。另一方面，如果针对每一种网络协议搭建专门的测试平台，则需要大量的人力、经费和时间。而采用中硬件相结合的方法搭建一种通用网络协议实验平台，既能很好地测试出整个设备的性能，又能大幅度节约开发成本，缩短开发时间，是一种切实可行的方法。 为此，本文提出一种通用网络协议实验平台的软硬件设计方案，并详细介绍该平台的中硬件设计方法。 近年来，Linux操作系统获得了突飞猛进的发展，它强大的功能、良好的界面、高效率以及全开放的特性使其具有很强的吸引力。基于以上考虑，在PC机中采用Linux操作系统。按Linux操作系统的设计标准，私有网络协议软件需要包含传输层代码、网络层代码以及与设备相关的驱动程序，并运行在系统“核心态”中。在本实验平台中，不需要用户关心驱动程序的设计，但允许将网络层和传输层代码运行在Linux“用户态”中。 Winbond公司以太网控制芯片W89C840AF支持高达100Mbps的双向数据传输，该芯片不但具有良好的PCI总线接口设计，而且还有一整套的网络数据传输机制，技术成熟。所以在此选用W89C840AF，并借用该芯片的网络数据传输机制，通过对芯片合理配置，实现一条从驱动程序到物理层设备的透明数据传输通道，来满足设备要求。 PCI总线接口芯片（W89C840AF）把从PCI总线上传输过来的数据封装成“以太帧”的格式，传递给FPGA（RAM可以对传输的数据进行缓冲），FPGA去掉前8byte的“以太帧头”从而获得数据包。然后根据不同网络协议的数据包格式，在FPGA中灵活地设备相应的逻辑功能。如作者目前在研的卫星ATM网络实验系统，定义了一种私有的ATM协议，数据处理单元将完成以下任务：识别信元头，按优先级对信元进行排队、存储、打包并转发等。 在接收方，数据的处理与此相反，不再多述。 为了实现从处于“用户态”的应用程序到处于“核心态”的驱动程序间的双向数据传输通道，按照Linux操作系统的网络相关代码的划分规则，实验网络结构中用户层以下的代码需要嵌入到Linux操作系统的核心代码树中，经过对内核的重新编译，运行在Linux操作系统的“核心态”，这样做比较复杂。鉴于以上原因，在本设计中采用了以下处理方法：考虑到“用户态”内部所有软件模块的通信比较简单，通过调用UDP/IP协议的socket，在下层利用UDP/IP数据包拆解/封装程序，构造出一个如图6所示的数据传输通道。在这里，把“透明通道”定义为“过渡层”。 由于W89C840AF是以太网控制芯片，因此可以把PCI接口卡看作网络设备。对于网络设备，Linux操作系统中有一套标准的驱动程序设计方法，所以在这里仅介绍驱动程序设计中的几个值得注意的事项。主要有：（1）PCI设备的探测和注册函数；（2）W89C840AF芯片的配置；（3）网络设备基本功能函数组。 关于W89C840AF芯片的配置，主要是C18/CNCR寄存器的配置。除了打开“传输允许”、“接收允许”、“全双工模式”和“100Mbps传输速率模式”等选项外，还要打开“Accept Error Packet”、“Accept Runt Packet”、“Accept Broadcast Packet”、“Accept Multicast Packet”和“Accept All Physical Packet”等选项，从而屏蔽所有与以太网协议相关的功能。 网络设备基本功能函数组的核心是“发送”、“接收”和“中断响应”这三个基本函数。“发送函数”将发送的数据存入W89C840AF芯片的内存空间，然后写C04/CTSD寄存器，请求芯片发送数据。W89C840AF芯片将接收到的数据包传递到系统内存后就会触发中断，中断处理函数响应中断并调用接收函数，将数据包和相应的参数向系统的上层传递 |
