CN112437028A - 一种嵌入式***扩展多个网口的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式***扩展多个网口的方法及***，该方法及***接收到来自交换芯片端上外多个网口之一的第一报文，将第一报文上用于标识其来源网口的第一标签替换为标识第一报文的目的网口的第二标签，得到第二报文，然后通过交换芯片端根据第二标签的内容将第二报文转发至目的网口，满足通讯领域嵌入式产品多网口的需求，同时降低成本。

Description

一种嵌入式***扩展多个网口的方法及***

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种嵌入式***扩展多个网口的方法及***。

背景技术

当前，以ARM架构为主的嵌入式***级芯片在包括手机、通讯、工业控制等各个领域得到广泛的应用。网络安全通讯领域也由原来的X86平台，延伸到以ARM为主的各类通用CPU的嵌入式平台。在这类CPU中，通常出于成本、功耗、能效等方面考虑只会带有少数的以太网控制器，导致其无法很好的满足通讯领域产品动辄十几甚至几十个网口的需求。

传统的X86多网口方案为通过PCIE(高速串行计算机扩展总线标准)总线扩展多个PCIE网卡来实现多网口。这需要PCIE总线有足够的带宽保证网口的性能不会下降。如***需要十个千兆网口，则需要保证PCIE总线上联的总有效带宽要大于10G。如果是PCIE 2.0，需要X4的接口提供20G的链路带宽，扣掉编解码和***开销，则有效数据带宽大致剩余11G-12G。这种方案在嵌入式***很难实现，一个是***级芯片硬件资源有限，另外该方案需要部署PCIE桥和PCIE网卡，成本不低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种嵌入式***扩展多个网口的方法及***，满足通讯领域嵌入式产品多网口的需求，同时降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种嵌入式***扩展多个网口的方法，包括步骤：

S1、嵌入式中央处理端接收交换芯片端发送的第一报文，所述第一报文包括用于标识来源网口的第一标签；

S2、嵌入式中央处理端将所述第一报文的所述第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文；

S3、嵌入式中央处理端将所述第二报文通过所述交换芯片端转发至所述目的网口。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：

一种嵌入式***扩展多个网口的***，包括嵌入式中央处理端，所述嵌入式中央处理端包括第一存储器、第一处理器及存储在第一存储器上并可在第一处理器上运行的第一计算机程序，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：

S1、接收交换芯片端发送的第一报文，所述第一报文包括用于标识来源网口的第一标签；

S2、将所述第一报文的所述第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文；

S3、将所述第二报文通过所述交换芯片端转发至所述目的网口。

综上所述，本发明的有益效果在于：一种嵌入式***扩展多个网口的方法及***，接收到来自交换芯片端上外多个网口之一的第一报文，将第一报文上用于标识其来源网口的第一标签替换为标识第一报文的目的网口的第二标签，得到第二报文，然后通过交换芯片端根据第二标签的内容将第二报文转发至目的网口，满足通讯领域嵌入式产品多网口的需求，同时降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例的一种嵌入式***扩展多个网口的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二的一种嵌入式***扩展多个网口的***的具体结构示意图；

图3为本发明实施例三的一种嵌入式***扩展多个网口的***的整体框架示意图；

图4为本发明实施例五的一种嵌入式***扩展多个网口的***的报文流向示意图；

图5为本发明实施例五的一种嵌入式***扩展多个网口的***的协议栈规则表图；

图6为本发明实施例五的一种嵌入式***扩展多个网口的***的具体结构示意图；

标号说明：1、一种嵌入式***扩展多个网口的***；2、嵌入式中央处理端；3、第一处理器；4、第一存储器；5、交换芯片端；6、第二处理器；7、第二存储器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种嵌入式***扩展多个网口的方法，包括步骤：

S1、嵌入式中央处理端2接收交换芯片端5发送的第一报文，所述第一报文包括用于标识来源网口的第一标签；

S2、所述嵌入式中央处理端2将所述第一报文的所述第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文；

S3、所述嵌入式中央处理端2将所述第二报文通过所述交换芯片端5转发至所述目的网口。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：一种嵌入式***扩展多个网口的方法，接收到来自交换芯片端5外多个网口之一的网口的第一报文，将第一报文上用于标识其来源网口的第一标签替换为标识第一报文的目的网口的第二标签，得到第二报文，然后通过交换芯片端5根据第二标签的内容将第二报文转发至目的网口，满足通讯领域嵌入式产品多网口的需求，同时降低成本。

进一步地，所述步骤S1之前包括如下步骤：

S0、所述交换芯片端5接收来自所述来源网口的源报文，将所述来源网口所对应的第一标签打在所述源报文上，得到并发送所述第一报文；

所述步骤S3具体为：

嵌入式中央处理端2将所述第二报文发送至所述交换芯片端5；

所述交换芯片端5接收所述第二报文，根据所述第二报文的第二标签确定所述目的网口；

所述交换芯片端5从所述第二报文中剥离所述第二标签，得到所述源报文；

所述芯片交换端将所述源报文发送至所述目的网口。

从上述描述可知，交换芯片端5接收到来自某个网口的源报文后，将能够标识此源报文来源的第一标签打在该报文上，形成了第一报文并发给嵌入式中央处理端2。嵌入式中央处理端2就能够根据这个第一标签得知第一报文来自哪个网口。当交换芯片接收到第二报文，根据第二标签所标识的目的端口这一信息，将这个第二报文发至目的网口。

进一步地，所述步骤S2具体为：

所述嵌入式中央处理端2根据预设协议栈规则获取所述来源网口所对应的目的网口，将所述第一报文的所述第一标签替换为标识所述目的网口的第二标签，得到所述第二报文。

从上述描述可知，嵌入式中央处理端2主要是进行报文转发的去向处理，按照从第一标签上得知的第一报文的来源网口，根据预先设定好的协议规则里找到对应的目的网口，并修改标签为标识目的网口的第二标签。这样，交换芯片端5就能够根据这个第二标签将第二报文转发至目的网口。

进一步地，所述步骤S0具体为：

所述交换芯片端5依次接收不同的所述来源网口的所述源报文；

将每一个所述来源网口所对应的第一标签打在对应的所述源报文上，得到每一个所述来源网口所对应的第一报文；

根据预设的优先级规则将来自不同的所述来源网口的所述第一报文进行队列缓存，以按照队列顺序发送至所述嵌入式中央处理端2。

从上述描述可知，当交换芯片端5接收到多个网口的报文时，会根据预先设定的优先级公规则将其进行队列缓存，并按照队列顺序发送给嵌入式中央处理端2。

进一步地，所述第一标签或所述第二标签均为五个bit的二进制数据。

从上述描述可知，第一标签和第二标签均是五个bit的二进制数据，即最多可以表示32个不同的网口。

请参照图2至图6，一种嵌入式***扩展多个网口的***1，包括嵌入式中央处理端2，所述嵌入式中央处理端2包括第一存储器4、第一处理器3及存储在第一存储器4上并可在第一处理器3上运行的第一计算机程序，所述第一处理器3执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：

S1、接收交换芯片端5发送的第一报文，所述第一报文包括用于标识来源网口的第一标签；

S2、将所述第一报文的所述第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文；

S3、将所述第二报文通过所述交换芯片端5转发至所述目的网口。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：一种嵌入式***扩展多个网口的***1。该***接收到来自交换芯片端5外多个网口之一的第一报文，将第一报文上用于标识其来源网口的第一标签替换为标识第一报文的目的网口的第二标签，得到第二报文，然后通过交换芯片端5根据第二标签的内容将第二报文转发至目的网口，满足通讯领域嵌入式产品多网口的需求，同时降低成本。

进一步地，还包括所述交换芯片端5，所述交换芯片端5包括第二存储器7、第二处理器6及存储在第二存储器7上并可在第二处理器6上运行的第二计算机程序，所述第二处理器6执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：

S0、接收来自所述来源网口的源报文，将所述来源网口所对应的第一标签打在所述源报文上，得到并发送所述第一报文；

所述步骤S3具体为：

嵌入式中央处理端2将所述第二报文发送至所述交换芯片端5；

接收所述第二报文，根据所述第二报文的第二标签确定所述目的网口；

从所述第二报文中剥离所述第二标签，得到所述源报文；

将所述源报文发送至所述目的网口。

从上述描述可知，交换芯片端5接收到来自某个网口的源报文后，将能够标识此源报文来源的第一标签打在该报文上，形成了第一报文并发给嵌入式中央处理端2。嵌入式中央处理端2就能够根据这个第一标签得知第一报文来自哪个网口。当交换芯片接收到第二报文，根据第二标签所标识的目的端口这一信息，将这个第二报文发至目的网口。

进一步地，所述步骤S2具体为：

根据预设协议栈规则获取所述来源网口所对应的目的网口，将所述第一报文的所述第一标签替换为标识所述目的网口的第二标签，得到所述第二报文。

从上述描述可知，嵌入式中央处理端2主要是进行报文转发的去向处理，按照从第一标签上得知的第一报文的来源网口，根据预先设定好的协议规则里找到对应的目的网口，并修改标签为标识目的网口的第二标签。这样，交换芯片端5就能够根据这个第二标签将第二报文转发至目的网口。

进一步地，所述步骤S0具体为：

依次接收不同的所述来源网口的所述源报文；

将每一个所述来源网口所对应的第一标签打在对应的所述源报文上，得到每一个所述来源网口所对应的第一报文；

根据预设的优先级规则将来自不同的所述来源网口的所述第一报文进行队列缓存，以按照队列顺序发送至所述嵌入式中央处理端2。

从上述描述可知，当交换芯片端5接收到多个网口的报文时，会根据预先设定的优先级公规则将其进行队列换存，并按照队列顺序发送给嵌入式中央处理端2。

进一步地，所述第一标签或所述第二标签均为五个bit的二进制数据。

从上述描述可知，第一标签和第二标签均是五个bit的二进制数据，即最多可以表示32个不同的网口。

以下实施例所述的一种嵌入式***扩展多个网口的方法或装置适用于DPDK环境下的嵌入式***，即用于实现DPDK环境下的嵌入式***扩展多个网口。

请参照图1，本发明的实施例一为：

一种嵌入式***扩展多个网口的方法，如图1所示，包括步骤：

S1、嵌入式中央处理端2接收交换芯片端5发送的第一报文，第一报文包括用于标识来源网口的第一标签；

S2、嵌入式中央处理端2将第一报文的第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文；

S3、嵌入式中央处理端2将第二报文通过交换芯片端5转发至目的网口。

在本实施例中，步骤S2具体为：

嵌入式中央处理端2根据预设协议栈规则获取来源网口所对应的目的网口，将第一报文的第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文。

请参照图1与图2，本发明的实施例二为：

一种嵌入式***扩展多个网口的方法，在上述实施例一的基础上，步骤S1之前包括如下步骤：

S0、交换芯片端5接收来自来源网口的源报文，将来源网口所对应的第一标签打在源报文上，得到并发送第一报文。

在本实施例中，步骤S3具体为：

嵌入式中央处理端2将第二报文发送至交换芯片端5；

交换芯片端5接收第二报文，根据第二报文的第二标签确定目的网口；

交换芯片端5从第二报文中剥离第二标签，得到源报文；

芯片交换端将源报文发送至目的网口。

步骤S0具体为：

依次接收不同的来源网口的源报文；

将每一个来源网口所对应的第一标签打在对应的源报文上，得到每一个来源网口所对应的第一报文；

根据预设的优先级规则将来自不同的来源网口的第一报文进行队列缓存，以按照队列顺序发送至嵌入式中央处理端2。

在本实施例中，如图2所示，为实现嵌入式***扩展多个网口的方法，通用嵌入式中央处理端2的单个以太网控制器MAC0外接交换芯片端5的port0，将交换芯片端5的port0定义为上联口，将port1到portn定义为n个出接口。技术上使用交换芯片端5的报文标签功能，对从各个出接口进来的报文往从上联口出去时打上每个口特有的标签。本实施例中涉及的第一标签或第二标签均为五个bit的二进制数据，可用于表示至多32个不同的网口。例如，如图2所示，报文从port1进来，即网口1，基于交换芯片端5内部逻辑的实现，交换芯片端5内部会将该报文的5位第一标签设置为0b00001表示port1口进来。当报文从port0发出去的时候，嵌入式中央处理端2通过报文中的标签信息即可知道该报文的来源网口是网口1。

在本实施例中，如图2所示，报文的接收发送分为几个阶段：

1、交换芯片端5的port1接收到报文，发送给port0。

2、port0在发送报文时，对报文打上了第一标签，以标识这个报文是从port1即网口1进来的。

3、dpdk程序接收到MAC0上送的报文时，通过解析标签从而获取到这个报文是从哪个接口进来的。

4、在进过协议栈应用程序的处理后，确定了该报文是要发给哪个出接口的，修改报文中的标签，然后从MAC0发送出去。

5、port0收到报文，判断报文是发送给哪个网口，把第二标签剥离将正常的以太网报文从对应出接口发送至目的网口。

以上1/2/5/是由交换芯片端2完成的，无需嵌入式中央处理端2的程序的介入，嵌入式中央处理端2的程序需要在初始化时按需要配置交换芯片端5，大致包括每个接口的工作模式，优先级，打开标签功能(确定port0作为需要感知标签的口，从这个口进出的报文要带第一标签或第二标签，以标识从哪里接收或者要发送到哪里)，接口的状态指示等等。当同时多个端口有报文输入时，因交换芯片内部是有队列缓存的，报文会根据预先设置好的优先级规则在交换芯片端5内部排列入队，等待从port0发送。第三步是整个收包过程的核心，嵌入式中央处理端2的程序解析报文后维护报文的属性明确报文的来向，方便报文能正确的被协议栈和应用处理。

请参照图3，本发明的实施例三为：

一种嵌入式***扩展多个网口的***1，包括嵌入式中央处理端2，嵌入式中央处理端2包括第一存储器4、第一处理器3及存储在第一存储器4上并可在第一处理器3上运行的第一计算机程序，第一处理器3执行第一计算机程序时实现上述实施例一中嵌入式中央处理端2执行的各个步骤。

请参照图3，本发明的实施例四为：

一种嵌入式***扩展多个网口的***1，在上述实施例三的基础上，还包括交换芯片端5，交换芯片端5包括第二存储器7、第二处理器6及存储在第二存储器7上并可在第二处理器6上运行的第二计算机程序，第二处理器6执行第二计算机程序时实现上述实施例二中交换芯片端5执行的各个步骤。

请参照图2、图4至图6，本发明的实施例五为：

一种嵌入式***扩展多个网口的***1，在上述实施例四的基础上，如图2所示，本实施例中，以嵌入式中央处理器端扩展交换芯片端5来处理DPDK(数据面开发套件)运行I3fwd程序为例。

首先需要准备整个可运行环境，包括：

1、环境配置文件

交换芯片端5的标签功能，扩展了标准以太网报文协议，所以需要导入相应的配置，使得硬件在解析报文时候能正常解析到标准协议，该配置通过报文描述符中物理端口来识别。

2、驱动程序

(1)、我们通过端口号来识别嵌入式中央处理端上哪个MAC扩展了交换芯片，所以驱动中需要实现如何通过报文来识别该报文是从接了交换芯片的哪个MAC上来的。

(2)、移植交换芯片的SDK(软件工具开发包)驱动作为dpdk程序的一个lib库

(3)、在dpdk驱动程序中初始化交换芯片

3、dpdk应用程序

修改l3fwd，l3fwd基于三层IP路由转发，所以需要查找各个报文的源目的IP，根据既定的路由表去确定其出接口。假定交换芯片内部端口转发的规则为port1<>port2，port3<>port4类推，需要修改的有：

(1)、实现修改标识目标端口的方法

(2)、对于经过交换芯片的报文，修改获取源、目的IP的方法，获取三层报文头，以确定目的接口

(3)、对于待发送给交换芯片的报文，修改待发送报文的目标端口的标识，根据预设的规则修改待发送报文中标签指定的目标端口

以上运行环境准备好后，部署到目标设备去运行，在本实施例中，如图6所示，搭建测试环境。交换芯片端的port0作为上联口与嵌入式中央处理端2的MAC0连接，交换芯片端5的port1到port8作为出接口，其中port1与port2，port3与port4，port5与port6，port7与port8分别作为互相的目的端口。根据图5所示的报文来源网口和目的网口对应关系的协议栈规则，port1进来的报文经过port0被嵌入式中央处理端2接收处理后，修改其目的端口为port2，将报文发送出去经port0接收剥离标签后由port2发出；其他端口类推。

另外，在本实施例中，DPDK基于数据面对报文的快速接收处理能力可使得整个***性能不会大幅降低，保持较高的整体吞吐性能。

综上所述，一种嵌入式***扩展多个网口的方法及***，嵌入式中央处理端接收到来自交换芯片端外多个网口之一的第一报文，将根据由预设的协议栈中来源网口和对应的目的网口，将第一报文上用于标识其来源网口的第一标签替换为标识第一报文的目的网口的第二标签，得到第二报文，然后通过交换芯片端根据第二标签的内容将第二报文转发至目的网口，满足通讯领域嵌入式产品多网口的需求，同时降低成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种嵌入式***扩展多个网口的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、嵌入式中央处理端接收交换芯片端发送的第一报文，所述第一报文包括用于标识来源网口的第一标签；

S2、所述嵌入式中央处理端将所述第一报文的所述第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文；

S3、所述嵌入式中央处理端将所述第二报文通过所述交换芯片端转发至所述目的网口。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式***扩展多个网口的方法，其特征在于，所述步骤S1之前包括如下步骤：

S0、所述交换芯片端接收来自所述来源网口的源报文，将所述来源网口所对应的第一标签打在所述源报文上，得到并发送所述第一报文；

所述步骤S3具体为：

嵌入式中央处理端将所述第二报文发送至所述交换芯片端；

所述交换芯片端接收所述第二报文，根据所述第二报文的第二标签确定所述目的网口；

所述交换芯片端从所述第二报文中剥离所述第二标签，得到所述源报文；

所述芯片交换端将所述源报文发送至所述目的网口。

3.根据权利要求1所述的一种嵌入式***扩展多个网口的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

所述嵌入式中央处理端根据预设协议栈规则获取所述来源网口所对应的目的网口，将所述第一报文的所述第一标签替换为标识所述目的网口的第二标签，得到所述第二报文。

4.根据权利要求2所述的一种嵌入式***扩展多个网口的方法，其特征在于，所述步骤S0具体为：

所述交换芯片端依次接收不同的所述来源网口的所述源报文；

将每一个所述来源网口所对应的第一标签打在对应的所述源报文上，得到每一个所述来源网口所对应的第一报文；

根据预设的优先级规则将来自不同的所述来源网口的所述第一报文进行队列缓存，以按照队列顺序发送至所述嵌入式中央处理端。

5.根据权利要求1所述的一种嵌入式***扩展多个网口的方法，其特征在于，所述第一标签或所述第二标签均为五个bit的二进制数据。

6.一种嵌入式***扩展多个网口的***，包括嵌入式中央处理端，所述嵌入式中央处理端包括第一存储器、第一处理器及存储在第一存储器上并可在第一处理器上运行的第一计算机程序，其特征在于，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：

S1、接收交换芯片端发送的第一报文，所述第一报文包括用于标识来源网口的第一标签；

S2、将所述第一报文的所述第一标签替换为标识目的网口的第二标签，得到第二报文；

S3、将所述第二报文通过所述交换芯片端转发至所述目的网口。

7.根据权利要求6所述的一种嵌入式***扩展多个网口的***，还包括所述交换芯片端，所述交换芯片端包括第二存储器、第二处理器及存储在第二存储器上并可在第二处理器上运行的第二计算机程序，其特征在于，所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：

S0、接收来自所述来源网口的源报文，将所述来源网口所对应的第一标签打在所述源报文上，得到并发送所述第一报文；

所述步骤S3具体为：

嵌入式中央处理端将所述第二报文发送至所述交换芯片端；

接收所述第二报文，根据所述第二报文的第二标签确定所述目的网口；

从所述第二报文中剥离所述第二标签，得到所述源报文；

将所述源报文发送至所述目的网口。

8.根据权利要求6所述的一种嵌入式***扩展多个网口的***，其特征在于，所述步骤S2具体为：

根据预设协议栈规则获取所述来源网口所对应的目的网口，将所述第一报文的所述第一标签替换为标识所述目的网口的第二标签，得到所述第二报文。

9.根据权利要求7所述的一种嵌入式***扩展多个网口的***，其特征在于，所述步骤S0具体为：

依次接收不同的所述来源网口的所述源报文；

将每一个所述来源网口所对应的第一标签打在对应的所述源报文上，得到每一个所述来源网口所对应的第一报文；

根据预设的优先级规则将来自不同的所述来源网口的所述第一报文进行队列缓存，以按照队列顺序发送至所述嵌入式中央处理端。

10.根据权利要求6所述的一种嵌入式***扩展多个网口的***，其特征在于，所述第一标签或所述第二标签均为五个bit的二进制数据。

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