基于FPGA的報文數(shù)據(jù)分析模塊的設計

作者：孫玥魏欣時間：2014-10-28 來源：電子產(chǎn)品世界

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

編者按：　　摘要：網(wǎng)絡報文數(shù)據(jù)的記錄和分析在智能化變電站中尤為重要，通過對整個通信過程的記錄可以為事故分析及運行維護提供依據(jù)。本文提出了一種基于FPGA技術(shù)、結(jié)合相關(guān)通信協(xié)議的報文數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的設計方案，實現(xiàn)了報文數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的各功能子模塊，通過仿真運行驗證了系統(tǒng)良好的處理能力。　　引言　　隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)及網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展，基于這三種核心技術(shù)的自動化智能裝置在電網(wǎng)控制中的作用越來越突出。其中以交換式以太網(wǎng)和光纖光纜實現(xiàn)的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為變電站的重要單元。　　如何記錄、分析某個智能單

　　根據(jù)其工作原理，本文設計了報文數(shù)據(jù)分析模塊的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/264527.htm

　　圖中網(wǎng)絡PHY芯片將網(wǎng)絡上的MAC數(shù)據(jù)幀接收下來后，按先后順序存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，然后由FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)預處理單元的工作。

　　數(shù)據(jù)預處理實現(xiàn)網(wǎng)絡報文的統(tǒng)計、分類、定位、分析和緩存操作，分類指的是報文屬于哪種類型，定位指的是報文由哪個網(wǎng)絡設備發(fā)送和發(fā)往哪個網(wǎng)絡設備，統(tǒng)計指的是報文所處以太網(wǎng)的流量統(tǒng)計，分析指的是對特定類型的報文進行簡單分析，緩存操作指的是經(jīng)過前述所有操作后將報文按指定格式進行重組放置于數(shù)據(jù)緩存區(qū)。

　　數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A的任務是暫存由網(wǎng)絡PHY芯片接收的MAC數(shù)據(jù)幀。當網(wǎng)絡中的MAC數(shù)據(jù)幀被PHY芯片接收下來后，數(shù)據(jù)幀的前導碼和幀開始符將被PHY芯片識別并丟棄。從目的MAC地址開始，后面的所有數(shù)據(jù)將進行重組并發(fā)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A中。此項工作由PHY芯片完成。

　　數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A中的數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA的接收和分析后，必須進行重組，按照事先約定好的數(shù)據(jù)格式存儲到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B中，以便后端的CPU準確地接收到數(shù)據(jù)，方便CPU進行處理。

　　在FPGA接收一幀網(wǎng)絡報文并分析后，生成一個32個字節(jié)的包頭。包頭初始化時，logo字段置0x58，macno字段置對應的MAC編號，dmuno字段置DMU板編號，len字段置報文長度，type字段置‘C’，sec和nsec字段置報文的時間戳的秒和納秒，flag字段置0xFF，result字段置0x0000。包頭所有字段都由數(shù)據(jù)預處理單元負責填寫，包頭type字段表明報文所屬類型，報文類型分為A(0x40)、B(0x41)、C(0x41)三類，默認為C類。

　　數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A中取出一幀加入包頭的網(wǎng)絡報文，并開始分析操作。這一過程可以使用流水線式作業(yè)，啟用幾條流水線由選定的FPGA的資源來決定。

　　根據(jù)報文處理流程，將整個模塊分為3個功能子單元，如圖4所示。由于MAC地址是由6個字節(jié)的數(shù)據(jù)構(gòu)成，數(shù)據(jù)較長，分析起來比較困難，為了簡化CPU的分析過程，提高CPU的使用率，將6個字節(jié)的MCA地址簡化為2個字節(jié)的地址標記，這樣就大大減輕了CPU的工作負擔。根據(jù)MAC地址不同，將其分為A、B、C三類地址：A類終端信息鏈表定義為ATMList;B類終端信息鏈表定義為BTMList;C類終端信息鏈表定義為CTMList。