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10GEPON報文的捕獲電路及寫控制方法.pdf

關 鍵 詞:
10 GEPON 報文 捕獲 電路 控制 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210237703.7

申請日:

2012.07.11

公開號:

CN102752674B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

有效性:

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H04L 29/06登記生效日:20170804變更事項:專利權人變更前權利人:武漢飛思靈微電子技術有限公司變更后權利人:烽火通信科技股份有限公司變更事項:地址變更前權利人:430074 湖北省武漢市東湖開發區關東工業園烽火路光通信大樓產業大樓二樓變更后權利人:430000 湖北省武漢市東湖高新技術開發區高新四路6號變更事項:共同專利權人變更后權利人:武漢飛思靈微電子技術有限公司|||專利權的轉移IPC(主分類):H04L 29/06登記生效日:20170606變更事項:專利權人變更前權利人:烽火通信科技股份有限公司變更后權利人:武漢飛思靈微電子技術有限公司變更事項:地址變更前權利人:430074 湖北省武漢市東湖開發區關東科技園東信路5號變更后權利人:430074 湖北省武漢市東湖開發區關東工業園烽火路光通信大樓產業大樓二樓|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04Q 11/00申請日:20120711|||公開
IPC分類號: H04L29/06; H04L12/70(2013.01)I 主分類號: H04L29/06
申請人: 烽火通信科技股份有限公司
發明人: 魯群; 婁非志; 姜濤
地址: 430074 湖北省武漢市東湖開發區關東科技園東信路5號
優先權:
專利代理機構: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221 代理人: 魏殿紳;龐炳良
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210237703.7

授權公告號:

||||||102752674B||||||

法律狀態公告日:

2017.08.25|||2017.06.23|||2015.01.14|||2012.12.19|||2012.10.24

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種10G?EPON報文的捕獲電路及寫控制方法,寫控制方法的步驟:10G?EPON?OLT和ONU之間交互的EPON報文經光模塊和10G?SERDES接收,在PCS子層完成解碼后根據設定條件組合觸發報文捕獲;將捕獲的報文寫入捕獲緩存,捕獲幀保存的步驟和格式為:在幀包絡有效時的偶數時鐘周期寫入128bit幀數據;在幀尾后一個時鐘周期寫入本幀的幀頭字節數、幀尾字節數、到達時間、本幀錯誤指示、CRC校驗錯誤指示和幀分界符。本發明能高速精確地捕獲和分析10G連續的EPON報文,通過特定觸發或篩選條件減少捕獲報文存儲空間,提升遠程調度器性能和使用效率,增強不同設備廠家間的互通能力。

權利要求書

1.一種10G?EPON報文的捕獲電路,其特征在于包括:bit位調
整電路、與bit位調整電路相連的數據預分析模塊、定時裝置、分別
與定時裝置相連的觸發點生成模塊、描述先入先出緩存和CPU、分
別與CPU相連的幀捕獲使能生成模塊、模式選擇器和緩存讀寫控制
模塊、以及與幀捕獲使能生成模塊相連的數據先入先出緩存;觸發點
生成模塊分別與數據預分析模塊、描述先入先出緩存、CPU相連,
觸發點生成模塊接收CPU下發的幀匹配規則;bit位調整電路與數據
先入先出緩存相連,幀捕獲使能生成模塊分別與描述先入先出緩存、
數據先入先出緩存、模式選擇器相連;模式選擇器與緩存讀寫控制模
塊相連;bit位調整電路還通過最簡手動模式通道與模式選擇器相連,
最簡手動模式通道還與定時裝置相連,獲得10G?EPON報文到達捕獲
電路的時間。
2.如權利要求1所述的10G?EPON報文的捕獲電路,其特征在
于:所述捕獲電路采用FPGA實現,或采用專用集成電路ASIC方式
在10G?EPON芯片內部嵌入實現,捕獲電路中用于儲存數據的儲存器
采用DDR實現,或者在10G?EPON?ONU或OLT芯片內部采用大緩
存實現。
3.如權利要求1或2所述的10G?EPON報文的捕獲電路,其特
征在于:所述數據預分析模塊包括分別與bit位調整電路相連的幀頭
內容匹配觸發標志生成電路、幀長計算電路和CRC校驗和本幀錯誤
檢測電路,用于對經過比特位調整電路后的數據幀進行幀長統計、
CRC校驗、本幀錯誤檢測和幀頭匹配;幀頭內容匹配觸發標志生成
電路,用于生成幀頭內容匹配觸發標志;幀長計算電路,用于從幀頭
開始對當前幀長度進行計算,在幀尾得到幀長,并保存在幀長信息寄
存器;CRC校驗和本幀錯誤檢測電路,用于檢測本幀錯誤,及在幀
尾得到CRC校驗結果,作為隨幀攜帶的CRC校驗錯誤指示信息,寫
入PON報文儲存緩存描述格式內。
4.如權利要求3所述的10G?EPON報文的捕獲電路,其特征在
于:所述觸發點生成模塊包括分別與幀頭內容匹配觸發標志生成電路
和描述先入先出緩存相連的觸發點標志產生電路、分別與幀長計算電
路和觸發點標志產生電路相連的幀長匹配電路、分別與CRC校驗和
本幀錯誤檢測電路和觸發點標志產生電路相連的幀錯匹配電路;幀長
匹配電路,用于將幀長計算電路得到的幀長保存在幀長信息寄存器
內,在幀長匹配使能配置為高的情況下,與幀長匹配規則比對,得到
幀長匹配標簽;幀錯匹配電路,用于將CRC校驗和本幀錯誤檢測電
路得到的幀錯指示與幀錯匹配使能相與得到幀錯匹配標簽;觸發點標
志產生電路,用于將幀頭匹配標簽、幀長匹配標簽、幀錯匹配標簽以
及開始捕獲使能相與,得到此幀的觸發點標志,表明此幀是否為捕獲
的開始點。
5.如權利要求4所述的10G?EPON報文的捕獲電路,其特征在
于:所述幀捕獲使能生成模塊包括分別與描述先入先出緩存和模式選
擇器相連的幀捕獲使能產生電路、分別與描述先入先出緩存和模式選
擇器相連的幀描述生成電路、分別與數據先入先出緩存和模式選擇器
相連的數據延遲電路;描述先入先出緩存,用于寫入幀數據的相關描
述信息;幀捕獲使能產生電路,用于產生幀捕獲使能;幀描述生成電
路,用于生成幀描述,幀描述是幀能否寫入捕獲緩存的標志;數據先
入先出緩存,用于緩存經bit位調整電路調整過的數據;數據延遲電
路,用于將數據先入先出緩存緩存的數據延遲一段時間。
6.如權利要求5所述的10G?EPON報文的捕獲電路,其特征在
于:所述緩存讀寫控制模塊包括與模式選擇器相連的緩存寫控制電
路、與緩存寫控制電路相連的捕獲緩存、分別與緩存寫控制電路和捕
獲緩存相連的緩存管理電路、分別與捕獲緩存、緩存管理電路和CPU
相連的緩存讀控制電路,CPU還連接有終端;緩存寫控制電路,用
于將模式選擇器選擇的數據寫入捕獲緩存;捕獲緩存,用于存儲捕獲
的10G?EPON報文;緩存管理電路,用于管理寫入的數據;緩存讀控
制電路,用于讀取寫入的緩存數據。
7.基于權利要求1至6中任一項所述捕獲電路的10G?EPON報
文的寫控制方法,其特征在于包括以下步驟:
10G?EPON?OLT和ONU之間交互的EPON報文,經過光模塊和
10G?SERDES接收,并在PCS子層完成解碼后,根據10G?EPON系
統時間或其它設定條件組合觸發報文捕獲;將捕獲的10G?EPON報文
寫入位于片內RAM或者外掛DDR內部的捕獲緩存;每個捕獲幀在
文件內保存的步驟和格式如下:在幀包絡有效時的偶數時鐘周期,寫
入128比特幀數據;在幀尾后一個時鐘周期,寫入本幀的幀頭字節數、
幀尾字節數、到達時間、本幀錯誤指示、CRC校驗錯誤指示和幀分
界符;捕獲電路內部時鐘工作在156.25MHz的10G?PCS接收時鐘頻
率。
8.如權利要求7所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特征
在于:所述捕獲緩存內存放數據幀FRAME、幀分界符HEADER和
幀描述;FRAME是寫入的幀內容,幀的包絡有效時,每偶數時鐘周
期將64比特幀總線數據拼成128比特,寫入抓包緩存,從8字節的
前導碼開始算起,一直到幀尾的CRC字段結束;HEADER是幀分界
符,區分連續寫入兩個EPON幀的邊界;幀描述包括到達時間、幀頭
無效字節數、幀尾無效字節數、本幀錯誤指示和CRC校驗錯誤指示,
到達時間表示幀到達10G?EPON報文捕獲電路的時間,時間精度以
6.4納秒、156.25MHz的時鐘周期計算,與10G?SERDES的數據恢復
時鐘同步;本幀錯誤指示表示本幀是否有經PCS解碼發現的碼字錯
誤和極性錯誤;CRC校驗錯誤指示表示二層CRC校驗錯誤。
9.如權利要求8所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特征
在于:存儲10G?EPON報文的捕獲緩存使用先進先出緩存管理,捕獲
緩存寬度為128比特,在非幀尾處每個地址均為數據,若幀包絡長度
為偶數,幀尾所在地址均為數據;若幀包絡長度為奇數,幀尾所在地
址高64位為數據,低64位為空;幀尾數據下一個地址寫入該幀的描
述,高64位為幀分界符HEADER,低64位為幀描述;將幀數據和
幀描述延遲1拍;設置一個奇偶寄存器,當遇到幀頭時,奇偶寄存器
置1,否則奇偶寄存器每個時鐘上升沿取反;當先進先出緩存未滿,
幀捕獲描述或幀捕獲描述一拍時延為1,且奇偶寄存器、幀尾指示、
幀尾一拍延遲指示三者至少一個為1,將先進先出緩存寫使能置高;
幀尾一拍延遲指示為1時,緩存輸入數據為幀描述;否則,奇偶寄存
器為1時將上一個時鐘64比特數據與當前64比特數據作為先進先出
緩存輸入數據;否則,幀尾指示有效時,將上一個時鐘64比特數據
和64比特的0送到緩存數據入口。
10.如權利要求9所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特征
在于:所述捕獲緩存的寫操作流程如下:
步驟101:判斷幀頭標志為0還是1,若幀頭標志為1,則轉到
步驟102;若幀頭標志為0,則轉到步驟103;
步驟102:奇偶標志置1;
步驟103:奇偶標志取反,再返回步驟101;
步驟104:寫地址置0;
步驟101~103與步驟104兩個進程并行;
步驟105:判斷幀捕獲描述或幀捕獲描述1拍時延指示為0或1,
若為0,則繼續判斷,直至為1時,轉到步驟106;
步驟106:判斷幀尾指示1拍時延指示為1還是0,若為1,則
轉到步驟107;若為0,則轉到步驟108;
步驟107:寫入描述{64′h0,dscp},再轉到步驟112;
步驟108:判斷奇偶標志為1還是0,若為1,則轉到步驟109;
若為0,則轉到步驟110;
步驟109:寫入數據{data_d1,data},再轉到步驟112;
步驟110:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟111;
若為0,則返回步驟105;
步驟111:寫入數據{data,64′h0},再轉到步驟112;
步驟112:寫地址進位;
步驟113:判斷緩存是否已滿,若緩存未滿,則返回步驟105,
否則結束。
11.如權利要求10所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特
征在于:所述捕獲緩存讀操作的過程為:將捕獲緩存的空狀態發送到
CPU,當開始讀緩存時,CPU判斷緩存的空狀態為0還是1,如果為
0,向捕獲緩存發送讀使能;如果為1,捕獲緩存讀空結束。
12.如權利要求10所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特
征在于:所述幀頭內容匹配觸發標志生成電路通過至少4個滑動窗口
選取特征字段,每個滑動窗口長度為T字節,1≤T≤4,且為整數,
幀頭大于等于64字節,根據配置的滑動窗口起點偏移量,每個滑動
窗口選取幀頭以內的任意T個連續字節作為特征字段,對幀頭4T的
字段進行匹配校驗,當四個滑動窗口獲取的特征字段與設置的四個匹
配窗分別一樣,且四個滑動窗口匹配使能均有效,則當前幀的幀頭匹
配正確。
13.如權利要求12所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特
征在于:所述幀頭內容匹配觸發標志生成電路的具體實現過程如下:
將原數據data_ini延遲一拍得到data_d1,將幀頭指示sop_ini,延遲9
拍依次得到sop_d1、sop_d2、……sop_d9,每個滑動窗口最大4字節,
相應選取的4字節準特征字段在一拍數據中或跨越兩拍數據,根據每
個滑動窗的偏移量的不同,在特定的sop_dx處從data_ini和data_d1
中獲取4字節的準特征字段,偏移量為14時在sop_d2得到準特征字
段,并鎖存到幀頭尾部sop_d8;四個滑動窗口并行等到4個獨立的準
特征字段,每個準特征字段4字節。根據每個滑動窗口的大小,從對
應的準特征字段選取特征字段,并與設置的匹配窗口比對,如果比對
正確或者該滑動窗口匹配使能無效,則此滑動窗口匹配正確,若四個
滑動窗口均比對正確,則此幀幀頭匹配標簽置為1,否則為0。
14.如權利要求13所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特
征在于:所述幀捕獲使能生成模塊設置一個窗口長度計數器,復位有
效時窗口長度計數器置為設定的捕獲窗口值,觸發點標志為1時,窗
口長度計數器清零;幀尾指示、包絡為1時,窗口長度計數器自加1;
當窗口長度計數器等于設定的捕獲窗口值時,窗口長度計數器保持;
在幀頭處,開始標志或觸發點標志為1或窗口長度計數器不等于設定
的捕獲窗口值,拉高當前幀的幀捕獲描述;并在幀尾拉低幀捕獲描述;
當幀尾窗口長度計數器等于設定的捕獲窗口值時,幀捕獲描述拉低;
當前幀幀尾讀出前一拍時,開始判斷描述先進先出緩存是否非空,如
果非空,則開始讀下一個幀的描述和數據,并保證前后兩個幀間隔最
小為一拍開銷。
15.如權利要求14所述的10G?EPON報文的寫控制方法,其特
征在于:篩選捕獲的觸發窗口控制流程如下:
步驟201:判斷復位標志為1還是0,若為0,則轉到步驟202;
若為1,則轉到步驟203;
步驟202:窗口計數器置為設定捕獲窗口,再返回步驟201;
步驟203:判斷觸發點標志為1還是0,若為1,則轉到步驟204;
若為0,則轉到步驟205;
步驟204:窗口計數器清零,再返回步驟201;
步驟205:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟206;
若為0,則返回步驟201;
步驟206:判斷窗口計數器是否等于設定捕獲窗口值,若是,則
返回步驟201;否則轉到步驟207;
步驟207:窗口計數器自加1;
步驟208:判斷幀頭指示為1還是0,若為0,則繼續判斷,直
至為1,再轉到步驟209或210;步驟207、208是兩個并行獨立的進
程,步驟208由步驟201初始化復位進入;
步驟209:判斷開始標志或觸發點標志為1還是0,若為1,則
轉到步驟211;若為0,則返回步驟208;
步驟210:判斷窗口計數器是否等于設定捕獲窗口值,若是,則
返回步驟208;否則轉到步驟211;
步驟211:幀捕獲描述拉高;
步驟212:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟213;
若為0,則繼續判斷,直至為1,再轉到步驟213;
步驟213:幀捕獲描述拉低。

說明書

10G EPON報文的捕獲電路及寫控制方法

技術領域

本發明涉及通信領域,特別是涉及一種10G?EPON報文的捕獲電路及寫控制方法。?

背景技術

10G?EPON(10?Giga?Ethernet?Passive?Optical?Network,10吉比特以太網無源光網絡)是一種近幾年才出現的新的高速光纖接入方式。它采用點到多點結構的無源光纖傳輸,在以太網上承載高速的語音、視頻、游戲、IPTV(Internet?Protocol?Television,交互式網絡電視)等多種業務,并提供相當可靠的性能QoS(Quality?of?Service,服務質量)服務質量。10G?EPON高速接入技術的出現,為物聯網、云計算的實現和普及創造了條件。?

在PON(Passive?Optical?Network,無源光網絡)側它采用了包括RS(255,223)前向糾錯的PCS(Physical?Coding?Sublayer,以太網物理編碼子層)技術,在鏈路層它采用了RS(Reconciliation?Sublayer,協調子層)層技術,在MAC(Media?Access?Control,媒體訪問控制層)層它采用了10G?PON?MAC技術,并用MPCP(Multiple?Point?Control?Protocol,多點控制協議)技術實現了多個10G?ONU(Optical?Network?Unit,光網絡單元)在10G?OLT(Optical?Line?Terminal,光線路終端)的接入。10G?EPON系統通過更精細的DBA(Dynamically?Bandwidth?Assignment,動態帶寬分配)技術,完成OLT向多個ONU的上行動態帶寬分配,實現OLT對物理距離不等的?多個ONU的遠程調度及控制,最大限度提升10G?EPON系統的性能服務質量。?

參見圖1所示,10G?EPON系統下行方向采用廣播方式向每個ONU發送10G流量;參見圖2所示,上行方向采用TDMA(Time?Division?Multiple?Access,時分多址)時分復用的方式接收每個ONU的上行流量。如果在一個DBA上行帶寬的授權周期內,某個ONU向OLT發送的流量超過OLT通過DBA?nomal?GATE(普通授權)幀允許的帶寬授權窗口,這個ONU的上行流量就會干擾其它ONU的上行流量,甚至出現頻繁出現掉注冊的現象。故障出現時,必須深入分析OLT下發的普通授權幀內部的授權起始時間和長度,以及ONU報告幀內部的隊列長度報告,才能進一步定位問題,并采取正確的修改措施。?

DBA通過交互循環的ONU的報告幀—OLT的普通授權幀—ONU的報告幀—OLT的普通授權幀,完成遠程調度。OLT給每個ONU的帶寬授權長度和起始時間在GATE(普通授權)幀中攜帶,ONU通過REPORT幀向OLT匯報,使OLT了解ONU本地的隊列狀態和業務流量大小。在保證全局公平的前提下,根據ONU每種業務的固定帶寬、保證帶寬、盡力而為帶寬模式不同,OLT向每個ONU帶寬授權由OLT的DBA調度算法得到,并由GATE幀消息攜帶至ONU。10G?EPON系統為節省GATE幀和REPORT幀交互浪費的帶寬,常常使用多級調度的方式。OLT和ONU之間遠程調度高效的帶寬分配策略,可以使物理距離遙遠的OLT和ONU之間的聯系變得緊密。?

OLT和ONU之間的動態帶寬分配/遠程調度,需要通過交互的MPCP協議完成。在DBA模式下,OLT根據不同ONU的隊列報告,動態分配每一個ONU不同業務映射隊列的帶寬,可以通過授權幀和?報告幀的交互,觀察動態帶寬分配過程是否有異常。OLT和ONU進行遠程調度,中間過程出現異常,或者需要優化遠程調度器的性能,則必須分析局端OLT和用戶側ONU?DBA過程之間的REPORT-GATE交互協議幀序列,此時需要在PON側抓包進行分析。由于10G?EPON系統有著相對1G?EPON系統更高的帶寬利用率,在實現遠程調度時,需要比1G?EPON系統有更嚴格控制遠程調度的帶寬精度。這就要求用更嚴密地檢測OLT和ONU之間的聯系和交互,使OLT對ONU的上行帶寬分配更精準。另外,ONU和OLT的MPCP/OAM(Operation?Administration?and?Maintenance,操作、管理、維護)注冊及去注冊過程,也通過交互協議完成。加密解密進程的啟動和停止,一樣用到交互式協議。?

目前10GE/POS(Packet?Over?SDH)有相應報文捕獲裝置,例如,申請號為200510011711.X的《10G網絡性能測試儀流量接收、抓取和統計電路組件》有以太網報文抓取說明,其帶有PON?FEC(Forward?Error?Correction,前向糾錯)功能。目前還沒有前導碼特殊的交互協議的10G?PON測試系統。?

當前捕獲幀的篩選和濾除,也只能篩選滿足條件的幀,而不將滿足條件的幀及其后若干幀數的其它幀,作為一個整體進行采樣,周期性反復多次寫入PON報文捕獲緩存。?

根據802.3AV協議,作為光纖接入的10G?EPON的以太網幀和普通萬兆以太網幀有較大區別。參見圖3所示,EPON幀在前導碼的定義上,和普通以太網幀有差異。首先,每一個EPON幀在前導碼定義了16比特的llid字段,加密狀態字段和前導碼CRC(Cyclic?Redundancy?Check,循環冗余校驗)字段;其次,由于10G?OLT和ONU之間可能有較長的傳輸距離,這樣高速長距離的傳輸,中間可?能會出現較多的誤碼;802.3AV協議規定的PHY(Physical?Layer,物理層芯片)層的前向糾錯算法是基于數據流方式的,而非基于單幀進行前向糾錯,所以必須經過復雜的RS(255,223)前向糾錯和64b/66b編解碼,并通過昂貴的光器件收發10G?EPON報文。?

10G以上高速交互式PON報文,其捕獲方法非常復雜,對設備商及運營商而言,一直是不可見的黑匣子,這給10G?EPON技術的推廣和應用帶來了很大障礙。10G?EPON系統設備提出了更為苛刻的測試需求,當前10GE測試設備很難滿足實際測試要求,無法捕捉并分析10G?EPON報文;此外,當前通信交換速率越來越來越高,而抓包緩存相對有限,寫入EPON幀時,設置相應的觸發或篩選條件則越來越重要。?

發明內容

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足,提供10G?EPON報文的捕獲電路及寫控制方法,能夠實現滿速率捕獲和分析10G連續的EPON報文,并能通過特定觸發或篩選條件,減少捕獲報文存儲的空間,提升遠程調度器的性能和使用效率,充分挖掘EPON系統的潛力,增強不同設備廠家之間的互通能力。?

本發明提供的10G?EPON報文的捕獲電路包括:bit位調整電路、與bit位調整電路相連的數據預分析模塊、定時裝置、分別與定時裝置相連的觸發點生成模塊、描述先入先出緩存和CPU、分別與CPU相連的幀捕獲使能生成模塊、模式選擇器和緩存讀寫控制模塊、以及與幀捕獲使能生成模塊相連的數據先入先出緩存;觸發點生成模塊分別與數據預分析模塊、描述先入先出緩存、CPU相連,觸發點生成模塊接收CPU下發的幀匹配規則;bit位調整電路與數據先入先出緩存相連,幀捕獲使能生成模塊分別與描述先入先出緩存、數據先入先?出緩存、模式選擇器相連;模式選擇器與緩存讀寫控制模塊相連;bit位調整電路還通過最簡手動模式通道與模式選擇器相連,最簡手動模式通道還與定時裝置相連,獲得10G?EPON報文到達捕獲電路的時間。?

在上述技術方案中,所述捕獲電路采用FPGA實現,或采用專用集成電路ASIC方式在10G?EPON芯片內部嵌入實現,捕獲電路中用于儲存數據的儲存器采用DDR實現,或者在10G?EPON?ONU或OLT芯片內部采用大緩存實現。?

在上述技術方案中,所述數據預分析模塊包括分別與bit位調整電路相連的幀頭內容匹配觸發標志生成電路、幀長計算電路和CRC校驗和本幀錯誤檢測電路,用于對經過比特位調整電路后的數據幀進行幀長統計、CRC校驗和幀頭匹配;幀頭內容匹配觸發標志生成電路,用于生成幀頭內容匹配觸發標志;幀長計算電路,用于從幀頭開始對當前幀長度進行計算,在幀尾得到幀長,并保存在幀長信息寄存器;CRC校驗和本幀錯誤檢測電路,用于檢測本幀錯誤,在幀尾得到CRC校驗結果,作為隨幀攜帶的CRC校驗錯誤指示信息,寫入PON報文儲存緩存描述格式內。?

在上述技術方案中,所述觸發點生成模塊包括分別與幀頭內容匹配觸發標志生成電路和描述先入先出緩存相連的觸發點標志產生電路、分別與幀長計算電路和觸發點標志產生電路相連的幀長匹配電路、分別與CRC校驗和本幀錯誤檢測電路和觸發點標志產生電路相連的幀錯匹配電路;幀長匹配電路,用于將幀長計算電路得到的幀長保存在幀長信息寄存器內,在幀長匹配使能配置為高的情況下,與幀長匹配規則比對,得到幀長匹配標簽;幀錯匹配電路,用于將CRC校驗和本幀錯誤檢測電路得到的幀錯指示與幀錯匹配使能相與得到?幀錯匹配標簽;觸發點標志產生電路,用于將幀頭匹配標簽、幀長匹配標簽、幀錯匹配標簽以及開始捕獲使能相與,得到此幀的觸發點標志,表明此幀是否為捕獲的開始點。?

在上述技術方案中,所述幀捕獲使能生成模塊包括分別與描述先入先出緩存和模式選擇器相連的幀捕獲使能產生電路、分別與描述先入先出緩存和模式選擇器相連的幀描述生成電路、分別與數據先入先出緩存和模式選擇器相連的數據延遲電路;描述先入先出緩存,用于寫入幀數據的相關描述信息;幀捕獲使能產生電路,用于產生幀捕獲使能;幀描述生成電路,用于生成幀描述,幀描述是幀能否寫入捕獲緩存的標志;數據先入先出緩存,用于緩存經bit位調整電路調整過的數據;數據延遲電路,用于將數據先入先出緩存緩存的數據延遲一段時間。?

在上述技術方案中,所述緩存讀寫控制模塊包括與模式選擇器相連的緩存寫控制電路、與緩存寫控制電路相連的捕獲緩存、分別與緩存寫控制電路和捕獲緩存相連的緩存管理電路、分別與捕獲緩存、緩存管理電路和CPU相連的緩存讀控制電路,CPU還連接有終端;緩存寫控制電路,用于將模式選擇器選擇的數據寫入捕獲緩存;捕獲緩存,用于存儲捕獲的10G?EPON報文;緩存管理電路,用于管理寫入的數據;緩存讀控制電路,用于讀取寫入的緩存數據。?

基于上述捕獲電路,本發明還提供一種10G?EPON報文的寫控制方法,包括以下步驟:10G?EPON?OLT和ONU之間交互的EPON報文,經過光模塊和10G?SERDES接收,并在PCS子層完成解碼后,根據10G?EPON系統時間或其它設定條件組合觸發報文捕獲;將捕獲的10G?EPON報文寫入位于片內RAM或者外掛DDR內部的捕獲緩存;每個捕獲幀在文件內保存的步驟和格式如下:在幀包絡有效時的?偶數時鐘周期,寫入128比特幀數據;在幀尾后一個時鐘周期,寫入本幀的幀頭字節數、幀尾字節數、到達時間、本幀錯誤指示、CRC校驗錯誤指示和幀分界符;捕獲電路內部時鐘工作在156.25MHz的10G?PCS接收時鐘頻率。?

在上述技術方案中,所述捕獲緩存內存放數據幀FRAME、幀分界符HEADER和幀描述;FRAME是寫入的幀內容,幀的包絡有效時,每偶數時鐘周期將64比特幀總線數據拼成128比特,寫入抓包緩存,從8字節的前導碼開始算起,一直到幀尾的CRC字段結束;HEADER是幀分界符,區分連續寫入兩個EPON幀的邊界;幀描述包括到達時間、幀頭無效字節數、幀尾無效字節數、本幀錯誤指示和CRC校驗錯誤指示,到達時間表示幀到達10G?EPON報文捕獲電路的時間,時間精度以6.4納秒、156.25MHz的時鐘周期計算,與10GSERDES的數據恢復時鐘同步;本幀錯誤指示表示本幀是否有經PCS解碼發現的碼字錯誤和極性錯誤;CRC校驗錯誤指示表示二層CRC校驗錯誤。?

在上述技術方案中,存儲10G?EPON報文的捕獲緩存使用先進先出緩存管理,捕獲緩存寬度為128比特,在非幀尾處每個地址均為數據,若幀包絡長度為偶數,幀尾所在地址均為數據;若幀包絡長度為奇數,幀尾所在地址高64位為數據,低64位為空;幀尾數據下一個地址寫入該幀的描述,高64位為幀分界符HEADER,低64位為幀描述;將幀數據和幀描述延遲1拍;設置一個奇偶寄存器,當遇到幀頭時,奇偶寄存器置1,否則奇偶寄存器每個時鐘上升沿取反;當先進先出緩存未滿,幀捕獲描述或幀捕獲描述一拍時延為1,且奇偶寄存器、幀尾指示、幀尾一拍延遲指示三者至少一個為1,將先進先出緩存寫使能置高;幀尾一拍延遲指示為1時,緩存輸入數據為幀描?述;否則,奇偶寄存器為1時將上一個時鐘64比特數據與當前64比特數據作為先進先出緩存輸入數據;否則,幀尾指示有效時,將上一個時鐘64比特數據和64比特的0送到緩存數據入口。?

在上述技術方案中,所述捕獲緩存的寫操作流程如下:?

步驟101:判斷幀頭標志為0還是1,若幀頭標志為1,則轉到步驟102;若幀頭標志為0,則轉到步驟103;?

步驟102:奇偶標志置1;?

步驟103:奇偶標志取反,再返回步驟101;?

步驟104:寫地址置0;?

步驟101~103與步驟104兩個進程并行;?

步驟105:判斷幀捕獲描述或幀捕獲描述1拍時延指示為0或1,若為0,則繼續判斷,直至為1時,轉到步驟106;?

步驟106:判斷幀尾指示1拍時延指示為1還是0,若為1,則轉到步驟107;若為0,則轉到步驟108;?

步驟107:寫入描述{64′h0,dscp},再轉到步驟112;?

步驟108:判斷奇偶標志為1還是0,若為1,則轉到步驟109;若為0,則轉到步驟110;?

步驟109:寫入數據{data_d1,data},再轉到步驟112;?

步驟110:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟111;若為0,則返回步驟105;?

步驟111:寫入數據{data,64′h0},再轉到步驟112;?

步驟112:寫地址進位;?

步驟113:判斷緩存是否已滿,若緩存未滿,則返回步驟105,否則結束。?

在上述技術方案中,所述捕獲緩存讀操作的過程為:將捕獲緩?存的空狀態發送到CPU,當開始讀緩存時,CPU判斷緩存的空狀態為0還是1,如果為0,向捕獲緩存發送讀使能;如果為1,捕獲緩存讀空結束。?

在上述技術方案中,所述幀頭內容匹配觸發標志生成電路通過至少4個滑動窗口選取特征字段,每個滑動窗口長度為T字節,1≤T≤4,且為整數,幀頭大于等于64字節,根據配置的滑動窗口起點偏移量,每個滑動窗口選取幀頭以內的任意T個連續字節作為特征字段,對幀頭4T的字段進行匹配校驗,當四個滑動窗口獲取的特征字段與設置的四個匹配窗分別一樣,且四個滑動窗口匹配使能均有效,則當前幀的幀頭匹配正確。?

在上述技術方案中,所述幀頭內容匹配觸發標志生成電路的具體實現過程如下:將原數據data_ini延遲一拍得到data_d1,將幀頭指示sop_ini,延遲9拍依次得到sop_d1、sop_d2、……sop_d9,每個滑動窗口最大4字節,相應選取的4字節準特征字段在一拍數據中或跨越兩拍數據,根據每個滑動窗的偏移量的不同,在特定的sop_dx處從data_ini和data_d1中獲取4字節的準特征字段,偏移量為14時在sop_d2得到準特征字段,并鎖存到幀頭尾部sop_d8;四個滑動窗口并行等到4個獨立的準特征字段,每個準特征字段4字節。根據每個滑動窗口的大小,從對應的準特征字段選取特征字段,并與設置的匹配窗口比對,如果比對正確或者該滑動窗口匹配使能無效,則此滑動窗口匹配正確,若四個滑動窗口均比對正確,則此幀幀頭匹配標簽置為1,否則為0。?

在上述技術方案中,所述幀捕獲使能生成模塊設置一個窗口長度計數器,復位有效時窗口長度計數器置為設定的捕獲窗口值,觸發點標志為1時,窗口長度計數器清零;幀尾指示、包絡為1時,窗口?長度計數器自加1;當窗口長度計數器等于設定的捕獲窗口值時,窗口長度計數器保持;在幀頭處,開始標志或觸發點標志為1或窗口長度計數器不等于設定的捕獲窗口值,拉高當前幀的幀捕獲描述;并在幀尾拉低幀捕獲描述;當幀尾窗口長度計數器等于設定的捕獲窗口值時,幀捕獲描述拉低;當前幀幀尾讀出前一拍時,開始判斷描述先進先出緩存是否非空,如果非空,則開始讀下一個幀的描述和數據,并保證前后兩個幀間隔最小為一拍開銷。?

在上述技術方案中,篩選捕獲的觸發窗口控制流程如下:?

步驟201:判斷復位標志為1還是0,若為0,則轉到步驟202;若為1,則轉到步驟203;?

步驟202:窗口計數器置為設定捕獲窗口,再返回步驟201;?

步驟203:判斷觸發點標志為1還是0,若為1,則轉到步驟204;若為0,則轉到步驟205;?

步驟204:窗口計數器清零,再返回步驟201;?

步驟205:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟206;若為0,則返回步驟201;?

步驟206:判斷窗口計數器是否等于設定捕獲窗口值,若是,則返回步驟201;否則轉到步驟207;?

步驟207:窗口計數器自加1;?

步驟208:判斷幀頭指示為1還是0,若為0,則繼續判斷,直至為1,再轉到步驟209或210;步驟207、208是兩個并行獨立的進程,步驟208由步驟201初始化復位進入;?

步驟209:判斷開始標志或觸發點標志為1還是0,若為1,則轉到步驟211;若為0,則返回步驟208;?

步驟210:判斷窗口計數器是否等于設定捕獲窗口值,若是,則?返回步驟208;否則轉到步驟211;?

步驟211:幀捕獲描述拉高;?

步驟212:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟213;若為0,則繼續判斷,直至為1,再轉到步驟213;?

步驟213:幀捕獲描述拉低。?

與現有技術相比,本發明的優點如下:?

(1)本發明參考802.3AV協議,對抓包方法進行改進,開發了一套讓交互式PON報文對用戶透明的方法。根據當前測試儀表的特點做出了一系列的改進,成功實現了一個成本低廉、易于實現的系統設備,并在virtex?5?FPGA(Field?Programmable?Gate?Array,現場可編程門陣列)試驗平臺上實現了對10G?EPON系統PON報文的高速自動捕獲和分析,并在PC機上打印PON系統內部報文。?

(2)本發明能夠精確(6.4納秒的時間精度)捕獲分析10G?EPON?OLT/ONU的注冊、去注冊過程的協議幀,通過判斷故障時間,抓出包括OAM幀在內的EPON報文,查明ONU掉注冊等原因,使10G?EPON設備廠家和用戶更好把握MPCP/OAM注冊及去注冊過程。?

(3)由于10G?PON系統的帶寬非常高,1G的這樣高容量的存儲空間也只能存儲0.1秒的數據。在10G?PON報文儲存空間有限的條件下,通過設計合理的篩選條件,能夠減少捕獲報文存儲的空間。?

(4)本發明通過捕獲的EPON協議幀,包括DBA上行動態帶寬分配時OAM幀、OLT普通授權幀、ONU的隊列報告幀,在不同的帶寬分配模式下,如固定帶寬、保證帶寬、盡力而為帶寬模式、全力而為帶寬模式等,分析上行動態帶寬的性能,能夠提升遠程調度器的性能和使用效率,提升優化OLT的DBA調度器的性能,充分挖掘EPON系統的潛力。?

(5)本發明通過捕獲分析的10G?EPON協議幀,使有如加解密交互等私有協議的不同廠家EPON系統設備的能夠完成互通,增強不同設備廠家之間的互通能力。?

附圖說明

圖1是10G?EPON下行報文的發送方式示意圖。?

圖2是10G?EPON上行報文的發送方式示意圖。?

圖3是EPON協議幀的結構示意圖。?

圖4是本發明實施例中10G?PON報文捕獲電路的結構框圖。?

圖5是10G?EPON測試系統的下行光捕獲在用戶ONU側的應用場景圖。?

圖6是10G?EPON測試系統的上行光捕獲在局端OLT側的應用場景圖。?

圖7是本發明實施例中捕獲電路的結構框圖。?

圖8是本發明實施例中幀頭無效字節數、幀尾無效字節數的示意圖。?

圖9是本發明實施例中捕獲緩存寫操作的流程圖。?

圖10是本發明實施例中四個可變大小的4字節滑動窗的原理圖。?

圖11是本發明實施例中篩選捕獲的觸發窗口控制的流程圖。?

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。?

參見圖4所示,上/下行光接收光模塊和10G上下行SERDES等外圍物理器件,即802.3AV標準規定的PHY上游接收物理器件的10GSERDES及光模塊,作為外部接口,主要用于接收PON側的上下行光。802.3FEC/PCS/RS/PON?MAC,即802.3AV標準規定的PHY、?PON?MAC及相應捕獲接口電路,與10G上下行SERDES相連,用于將接收到的PON側的上下行光經過10G上下行SERDES到802.3?FEC/PCS/RS/PON?MAC中的OLT?PCS模塊完成FEC解碼、帶前導碼的PON報文恢復。捕獲電路通過總線與802.3?FEC/PCS/RS/PONMAC相連,用于捕獲電路將PON報文按照本文規定的格式和原始幀序列的順序采集到存儲器內。?

捕獲電路可以采用FPGA(Field?Programmable?Gate?Array,現場可編程門陣列)實現,也可采用ASIC(Application?Specific?Integrated?Circuit,專用集成電路)方式在10G?EPON芯片內部嵌入。本捕獲電路儲存數據的儲存器可以采用DDR(Double?Data?Rate?Synchronous?Dynamic?Random?Access?Memory,雙倍速率同步動態隨機存儲器)實現,也可在10G?EPON?ONU或者OLT芯片內部采用大緩存實現。本發明實施例中用到了含virtex5?330t?FPGA和MT47H64M16HR-25E(DDR2-800內存)的FPGA測試板,virtex5?330t?FPGA內部可以裝兩個緩存深度是32768,寬度是128比特的片內RAM(Random?Access?Memory,隨機存儲器),實現了10G高速EPON報文的抓取,工作頻率可以達到156兆赫茲以上。?

本發明實施例中10G?EPON報文的捕獲電路分為上行光捕獲電路和下行光捕獲電路兩種,對10G?EPON系統的OLT/ONU?PON口的EPON幀進行捕獲和分析,可以獨立于PHY或者MAC,或用于其它10G高速接入網系統。10G?EPON報文的捕獲電路的應用分為用戶ONU側和局端OLT側兩類場景。?

用戶ONU側的應用場景參見圖5所示,在被測10G?EPON系統中,捕獲電路的下行光接收光模塊,連接無源光分路器(splitter)的與ONU平行的其它下聯口,捕獲電路收到來自OLT的10G下行PON?報文后,先通過10G下行SERDES(SERializer/DESerializer,串并化器),再到OLT?PCS模塊完成FEC解碼,和帶前導碼的PON報文恢復。?

局端OLT側的應用場景參見圖6所示,在被測10G?EPON系統中,捕獲電路的上行光接收光模塊連接無源光分路器(splitter)的與OLT平行的其它上聯口,收到來自ONU的10G上行突發光,再經過10G上行SERDES到OLT?PCS模塊完成FEC解碼、帶前導碼的PON報文恢復。?

參見圖7所示,本發明實施例中的捕獲電路包括定時裝置、分別與定時裝置相連的數據預分析模塊、觸發點生成模塊、描述先入先出緩存和CPU、與數據預分析模塊相連的bit位調整電路、以及分別與CPU相連的幀捕獲使能生成模塊、模式選擇器和緩存讀寫控制模塊,觸發點生成模塊還與CPU相連,bit位調整電路與幀捕獲使能生成模塊之間還連接有數據先入先出緩存,bit位調整電路還通過最簡手動模式通道與模式選擇器相連,最簡手動模式通道還與定時裝置相連。?

數據預分析模塊包括分別與bit位調整電路相連的幀頭內容匹配觸發標志生成電路、幀長計算電路和CRC校驗和本幀錯誤檢測電路,用于對經過比特位調整電路后的數據幀進行幀長統計、CRC校驗和幀頭匹配。幀頭內容匹配觸發標志生成電路,用于生成幀頭內容匹配觸發標志。幀長計算電路,用于從幀頭開始對當前幀長度進行計算,在幀尾得到幀長,并保存在幀長信息寄存器。CRC校驗和本幀錯誤檢測電路,用于檢測本幀錯誤,及在幀尾得到CRC校驗結果,作為隨幀攜帶的CRC校驗錯誤指示信息,寫入PON報文儲存緩存描述格式內。?

觸發點生成模塊包括分別與幀頭內容匹配觸發標志生成電路和?描述先入先出緩存相連的觸發點標志產生電路、分別與幀長計算電路和觸發點標志產生電路相連的幀長匹配電路、分別與CRC校驗和本幀錯誤檢測電路和觸發點標志產生電路相連的幀錯匹配電路。幀長匹配電路,用于將幀長計算電路得到的幀長保存在幀長信息寄存器內,在幀長匹配使能配置為高的情況下,與幀長匹配規則比對,得到幀長匹配標簽。幀錯匹配電路,用于將CRC校驗和本幀錯誤檢測電路得到的幀錯指示與幀錯匹配使能相與得到幀錯匹配標簽,CRC校驗另外用一個比特。觸發點標志產生電路,用于將幀頭匹配標簽、幀長匹配標簽、幀錯匹配標簽以及開始捕獲使能相與,得到此幀的觸發點標志,表明此幀是否為捕獲的開始點。觸發點標志表示對應的幀是捕獲序列的開始點。?

幀捕獲使能生成模塊包括分別與描述先入先出緩存和模式選擇器相連的幀捕獲使能產生電路、分別與描述先入先出緩存和模式選擇器相連的幀描述生成電路、分別與數據先入先出緩存和模式選擇器相連的數據延遲電路,描述先入先出緩存,用于寫入幀數據的相關描述信息;幀捕獲使能產生電路,用于產生幀捕獲使能;幀描述生成電路,用于生成幀描述,幀描述是幀能否寫入捕獲緩存的標志,捕獲緩存只寫入幀捕獲描述為1的報文;數據先入先出緩存,用于緩存經bit位調整電路調整過的數據;數據延遲電路,用于將數據先入先出緩存緩存的數據延遲一段時間。?

緩存讀寫控制模塊包括與模式選擇器相連的緩存寫控制電路、與緩存寫控制電路相連的捕獲緩存、分別與緩存寫控制電路和捕獲緩存相連的緩存管理電路、分別與捕獲緩存、緩存管理電路和CPU相連的緩存讀控制電路,CPU還連接有終端。緩存寫控制電路,用于將模式選擇器選擇的數據寫入捕獲緩存;捕獲緩存,用于存儲捕獲的?10G?EPON報文;緩存管理電路,用于管理寫入的數據;緩存讀控制電路,用于讀取寫入的緩存數據。?

參見圖7所示,如果一開始捕獲使能產生電路中啟動了最簡手動模式,經比特調整后的數據,在幀尾添加時戳信息并強制拉高幀捕獲描述,經模式選擇器傳給10G?EPON報文儲存的緩存寫控制電路,其他需要額外添加的描述信息全部置0;否則,將幀捕獲使能產生電路的輸出,作為PON報文儲存的緩存寫控制電路的輸入。?

在上述10G?EPON報文的捕獲電路基礎上,本發明實施例還提供一種10G?EPON報文的寫控制方法,包括以下步驟:10G?EPON?OLT和ONU之間交互的EPON報文,經過光模塊和10G?SERDES接收,并在PCS子層完成解碼后,根據10G?EPON系統時間或其它設定條件組合觸發報文捕獲;捕獲報文寫入位于片內RAM或者外掛DDR內部的捕獲緩存。每個捕獲幀在文件內保存的格式定義如下:在幀包絡有效時的偶數時鐘周期,寫入128比特幀數據;在幀尾后一個時鐘周期,寫入本幀的幀頭字節數、幀尾字節數、到達時間、本幀錯誤指示、CRC校驗錯誤指示和幀分界符。?

捕獲核心系統內部時鐘工作在156.25MHz的10G?PCS接收時鐘頻率。由于10G?EPON?ONU的時鐘與10G?EPON?OLT的時鐘同步,捕獲系統采用10G?SERDES的恢復時鐘,能嚴格與EPON?OLT的時鐘同步,所以寫入內部PON報文存儲器速率,可以滿足最大凈荷速率為10G的EPON系統要求,用來捕獲10G滿速率EPON報文不會有丟包。根據802.3AV標準,10G?PCS出口及PON?MAC出口數據采用64比特接口。捕獲電路的第二部分和第三部分內部接口采用64比特的數據線,再加上若干比特的信息描述。?

下面詳細說明本捕獲電路的10G?EPON報文及其描述在存儲器?內保存的格式。?

捕獲緩存內存放數據幀FRAME、幀分界符HEADER和幀描述。FRAME是寫入的幀內容,幀的包絡有效時,每偶數時鐘周期將64比特幀總線數據拼成128比特,寫入抓包緩存,從8字節的前導碼開始算起,一直到幀尾的CRC字段結束。HEADER是幀分界符,采用特殊定義的8字節的作為幀分界符,區分連續寫入兩個EPON幀的邊界,特殊定義8字節的幀分界符一般不能與下一個幀的幀頭內容沖突,否則就需要修改幀分界符內容;只要讓幀分界符不與有多個55的八字節前導碼相似,幀分界符就能嚴格作為前后兩個幀的分界標志。捕獲緩存存放的幀描述格式包括到達時間、幀頭無效字節數、幀尾無效字節數、本幀錯誤指示和CRC校驗錯誤指示。IPG幀間隔時鐘周期寫入本幀的幀頭字節數、幀尾字節數、到達時間、本幀錯誤指示、CRC校驗錯誤指示、幀分界符。10G?EPON報文幀尾描述部分寫入的格式參見表1所示。?

表1、寫入10G?EPON報文的儲存格式?

表1中的“到達時間”表示幀到達10G?EPON報文捕獲電路的時間。10G?EPON報文捕獲電路的時間精度以6.4納秒、156.25MHz的時鐘周期計算,與10G?SERDES的數據恢復時鐘同步,到達時間字段用49個比特表示,全1表示3602879.7018963904秒=1000.8小時=41.7天。“本幀錯誤指示”表示本幀是否有錯誤,主要是經PCS解碼發現的碼字錯誤和極性錯誤。“CRC校驗錯誤指示”表示二層CRC錯誤。?

幀頭無效字節數:用帶RS(255,223)前向糾錯功能的PCS電?路的幀頭定界符,恢復出來的幀頭包絡使能,確定幀頭的時鐘周期的64比特數據總線內有多少字節是無效數據。無效字節數取值范圍為0到7字節。幀頭無效字節一般由本時鐘周期的空閑碼或特殊碼組成。通常情況下,幀頭無效字節數經過總線變換后變為0或者4字節。參見圖8所示,幀頭無效字節和上一時鐘周期的空閑碼無縫連接,幀頭有效字節同凈荷相無縫連接。第二部分的比特位調整電路將PON?

MAC入口處的幀頭第一個時鐘無效字節去除,使幀頭全為有效字節,并將后續有效字節提前,以支持后續模塊的CRC檢查電路,并簡化幀內容匹配功能的實現。經過比特位調整電路將幀頭第一個時鐘全部變成有效字節后,幀頭無效字節數可以固定為0。?

幀尾無效字節數:用帶RS(255,223)前向糾錯功能的PCS電路的幀頭定界符,恢復出來的幀頭包絡使能,確定幀尾的時鐘周期的64比特數據總線內有多少字節是無效數據。幀尾無效字節一般由本時鐘周期的空閑碼或特殊碼組成。幀尾無效字節數取值范圍為0到7字節。幀尾無效字節和下一時鐘周期的空閑碼無縫連接,幀尾有效字節同上一個時鐘周期的凈荷相無縫連接,幀頭無效字節數和幀尾無效字節數在幀序列內的位置參見圖8所示。?

用來存儲10G?EPON報文的捕獲片內緩存使用先進先出緩存管理,本捕獲系統的捕獲緩存寬度為128比特,在非幀尾處每個地址均為數據,在幀尾處分為兩種情況:如果幀包絡長度為偶數,幀尾所在地址均為數據;如果幀包絡長度為奇數,高64位為數據,低64位為空。幀尾數據下一個地址寫入該幀的描述,高64位為HEADER(幀分界符),低64位幀描述格式如表1所示。為了使打印出的數據查看順序符合自左至右的習慣,每一拍幀數據高低字節需要做替換調整。?

將幀數據和幀描述延遲1拍;設置一個奇偶寄存器,當遇到幀頭?時,奇偶寄存器置1,否則奇偶寄存器每個時鐘上升沿取反。當先進先出緩存未滿,幀捕獲描述(幀捕獲描述和幀描述是兩個不同概念:幀描述指的是幀長、幀錯等特征信息,不能只用0、1表示;幀捕獲描述是一個動作,表示是捕獲還是不捕獲,可以用0、1表示,0,表示不動作;1,表示動作)或幀捕獲描述一拍時延為1,且奇偶寄存器、幀尾指示、幀尾一拍延遲指示三者至少一個為1,將先進先出緩存寫使能置高。幀尾一拍延遲指示為1時,緩存輸入數據為幀描述;否則,奇偶寄存器為1時將存數據{data_d1,data},即上一個時鐘64比特數據與當前64比特數據作為先進先出緩存輸入數據;否則,幀尾指示有效時,將{data_d1,64′h0}(奇數幀尾),即上一個時鐘64比特數據和64比特的0送到緩存數據入口。?

參見圖9所示,捕獲緩存的寫操作流程如下:?

步驟101:判斷幀頭標志為0還是1,若幀頭標志為1,則轉到步驟102;若幀頭標志為0,則轉到步驟103。?

步驟102:奇偶標志置1。?

步驟103:奇偶標志取反,再返回步驟101。?

步驟104:寫地址置0。?

步驟101~103與步驟104這兩個進程是并行的,步驟104將寫地址初始化為0,步驟104后面的進程要用到步驟101~103中的奇偶標志,這樣設計的好處,是能保證10G滿速率的EPON數據流,加上到達時間等描述,能夠無縫寫入緩存。?

步驟105:判斷幀捕獲描述或幀捕獲描述1拍時延指示為0或1,若為0,則繼續判斷,直至為1時,轉到步驟106。?

步驟106:判斷幀尾指示1拍時延指示為1還是0,若為1,則轉到步驟107;若為0,則轉到步驟108。?

步驟107:寫入描述{64′h0,dscp},再轉到步驟112。?

步驟108:判斷奇偶標志為1還是0,若為1,則轉到步驟109;若為0,則轉到步驟110。?

步驟109:寫入數據{data_d1,data},再轉到步驟112。?

步驟110:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟111;若為0,則返回步驟105。?

步驟111:寫入數據{data,64′h0},再轉到步驟112。?

步驟112:寫地址進位。?

步驟113:判斷緩存是否已滿,若緩存未滿,則返回步驟105,否則結束。?

捕獲緩存讀操作的過程為:將捕獲緩存的空狀態發送到CPU,當開始讀緩存時,CPU判斷緩存的空狀態為0還是1,如果為0,向捕獲緩存發送讀使能;如果為1,捕獲緩存讀空結束。?

捕獲開始后,需要檢查幀序列中哪些幀需要寫入10G?EPON報文存儲緩存,這一過程稱為捕獲篩選過程。開啟捕獲后,如果不要求將所有的EPON報文都寫入緩存,可以設計相應帶多個滑動窗的協議幀過濾。滑動窗從前導碼開始,直到幀頭2N(N≥6,且為整數)結束。這樣可以篩選由幀頭承載的任何協議幀。開啟捕獲后,補充特定幀捕獲篩選窗口的功能。當捕獲電路判斷某10G?EPON幀滿足篩選條件時,將此幀及其后按照微機接口配置特定的幀數據寫入緩存。可以通過解析幀頭內容或者分析幀狀態的方法來實現定時的啟動,及定時完成后的幀捕獲篩選。可用作捕獲篩選條件的幀相關信息有:在10G速率EPON報文序列內部篩選用戶要求的幀,例如MPCP幀、OAM幀,4個4字節滑動窗提取出來的幀內容;或發現CRC錯誤幀、幀長異常、碼字錯誤、任意位置出現的幀錯誤等幀描述,或者發現以上?至少一種幀描述及至少一種幀內容的組合,則在幀尾給出一個標志,作為相對定時啟動或者捕獲篩選觸發的條件之一。捕獲后的10G?

EPON報文經微機接口在PC機的終端軟件打印或者保存為可讀寫的文件格式,最后由軟件完成分析。?

開啟報文捕獲以后,10G?EPON數據流的所有幀及描述并不能全部寫入存儲器,必須通過用戶定義的篩選過濾條件,將需要的幀,如MPCP/OAM幀,CRC錯誤幀從數據流中提取出來,再寫入儲存器。?

幀頭內容匹配觸發標志生成電路的實現原理如下:為了增強幀內容匹配功能,幀頭匹配通過n≥4個滑動窗口選取特征字段,每個滑動窗口長度為T(1-4字節,大小可設),1≤T≤4,且為整數,根據配置的偏移量(每個滑動窗口起點)每個滑動窗口可以選取幀頭(≥64字節)以內的任意T個連續字節作為特征字段,這樣可以對幀頭4T的字段進行匹配校驗。當四個滑動窗口獲取的特征字段與設置的四個匹配窗分別一樣,且四個滑動窗口匹配使能均有效(匹配使能無效的滑動窗口認為其匹配正確),則當前幀幀頭匹配正確。?

參見圖10所示,幀頭內容匹配觸發標志生成電路的具體實現過程如下:將原數據data_ini延遲一拍得到data_d1,將幀頭指示sop_ini,延遲9拍依次得到sop_d1、sop_d2、……sop_d9。每個滑動窗口最大4字節,相應選取的4字節準特征字段可能在一拍數據中,也可能跨越兩拍數據,根據每個滑動窗的偏移量的不同,會在特定的sop_dx處從data_ini和data_d1中獲取4字節的準特征字段,偏移量為14時在sop_d2得到準特征字段,并鎖存到幀頭尾部(sop_d8)。四個滑動窗口并行等到4個獨立的準特征字段(每個準特征字段4字節)。根據每個滑動窗口的大小,從對應的準特征字段選取特征字段,并與設置的匹配窗口比對,如果比對正確或者該滑動窗口匹配使能無效,皆?認為此滑動窗口匹配正確,四個滑動窗口均比對正確,則此幀幀頭匹配標簽置為1,否則為0。?

幀數據的相關描述信息包括以下幾種:?

1、幀長信息:幀長計算電路計算得到的幀長信息,寫使能有效時鎖存到幀描述先進先出緩存。?

2、開始標志:觸發點標志產生電路得到的定時捕獲觸發條件標簽為1,則此幀需要寫入捕獲緩存。?

3、幀錯指示描述與CRC錯誤幀指示。?

4、觸發點標志:表明對應的幀是捕獲序列的開始點。?

5、49bit到達時間:幀到達捕獲系統時間信息,由定時系統給出,幀描述寫使能有效時,寫到達時間入幀描述先進先出緩存。?

以上描述信息全部準備好后,產生幀描述先進先出緩存寫使能,一并寫入幀描述先進先出緩存。幀描述先進先出緩存寬度68比特,深度為4k/64=64,緩存大小≥4352比特,深度根據幀捕獲緩存確定。在數據使能有效時,將幀數據寫入數據先入先出緩存,幀尾數據寫入幀捕獲緩存后的第三拍,當前幀的描述才會寫入描述先入先出緩存。幀捕獲緩存的規格:寬度64比特,深度512,共計32kb,支持最大長度≥4024字節的幀,根據支持的最大幀長,RAM深度可擴展。?

在描述先進先出緩存的讀端口,當描述先進先出緩存非空時,即讀出幀描述,并同時開始持續讀出對應的幀內容。根據幀描述中的幀長信息,解析出當前幀在幀捕獲緩存中的深度以及幀尾無效字節數,進而確定當前幀幀尾在幀捕獲緩存的位置。根據以上及其他信息確定當前幀的幀頭指示、幀尾指示、包絡、幀尾無效字節數、幀錯指示、到達時間。?

捕獲窗口的原理如下:幀捕獲使能生成模塊設置一個窗口長度計?數器,復位有效時窗口長度計數器置為設定的捕獲窗口值,觸發點標志為1時,窗口長度計數器清零;幀尾指示、包絡為1時,窗口長度計數器自加1;當窗口長度計數器等于設定的捕獲窗口值時,窗口長度計數器保持。在幀頭處,“開始標志”或觸發點標志為1或窗口長度計數器不等于設定的捕獲窗口值,拉高當前幀的幀捕獲描述;并在幀尾拉低幀捕獲描述。當幀尾窗口長度計數器等于設定的捕獲窗口值時,幀捕獲描述拉低。?

為保證報文包絡與幀捕獲描述對齊,需要將讀出的報文數據和其他描述信息延遲一拍。注意讀下一幀描述和數據的時機是,當前幀幀尾讀出前一拍即開始判斷描述先進先出緩存是否非空,如果非空開始讀下一個幀的描述和數據,并保證前后兩個幀間隔最小為一拍開銷。?

參見圖11所示,篩選捕獲的觸發窗口控制流程如下:?

步驟201:判斷復位標志為1還是0,若為0,則轉到步驟202;若為1,則轉到步驟203。?

步驟202:窗口計數器置為設定捕獲窗口,再返回步驟201。?

步驟203:判斷觸發點標志為1還是0,若為1,則轉到步驟204;若為0,則轉到步驟205。?

步驟204:窗口計數器清零,再返回步驟201。?

步驟205:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟206;若為0,則返回步驟201。?

步驟206:判斷窗口計數器是否等于設定捕獲窗口值,若是,則返回步驟201;否則轉到步驟207。?

步驟207:窗口計數器自加1。?

步驟208:判斷幀頭指示為1還是0,若為0,則繼續判斷,直至為1,再轉到步驟209或210。步驟207、208是兩個并行獨立的進?程,步驟208實際由步驟201初始化復位進入。?

步驟209:判斷開始標志或觸發點標志為1還是0,若為1,則轉到步驟211;若為0,則返回步驟208。?

步驟210:判斷窗口計數器是否等于設定捕獲窗口值,若是,則返回步驟208;否則轉到步驟211。?

步驟211:幀捕獲描述拉高。?

步驟212:判斷幀尾指示為1還是0,若為1,則轉到步驟213;若為0,則繼續判斷,直至為1,再轉到步驟213。?

步驟213:幀捕獲描述拉低。?

顯然,本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍,倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內,則本發明包含這些改動和變型在內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。?

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本文標題:10GEPON報文的捕獲電路及寫控制方法.pdf
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