基于FPGA的報(bào)文數(shù)據(jù)分析模塊的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)其工作原理，本文設(shè)計(jì)了報(bào)文數(shù)據(jù)分析模塊的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

　　圖中網(wǎng)絡(luò)PHY芯片將網(wǎng)絡(luò)上的MAC數(shù)據(jù)幀接收下來(lái)后，按先后順序存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，然后由FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理單元的工作。

　　數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的統(tǒng)計(jì)、分類、定位、分析和緩存操作，分類指的是報(bào)文屬于哪種類型，定位指的是報(bào)文由哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送和發(fā)往哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，統(tǒng)計(jì)指的是報(bào)文所處以太網(wǎng)的流量統(tǒng)計(jì)，分析指的是對(duì)特定類型的報(bào)文進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，緩存操作指的是經(jīng)過(guò)前述所有操作后將報(bào)文按指定格式進(jìn)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(wù)是暫存由網(wǎng)絡(luò)PHY芯片接收的MAC數(shù)據(jù)幀。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的MAC數(shù)據(jù)幀被PHY芯片接收下來(lái)后，數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)碼和幀開(kāi)始符將被PHY芯片識(shí)別并丟棄。從目的MAC地址開(kāi)始，后面的所有數(shù)據(jù)將進(jìn)行重組并發(fā)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A中。此項(xiàng)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(guò)FPGA的接收和分析后，必須進(jìn)行重組，按照事先約定好的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B中，以便后端的CPU準(zhǔn)確地接收到數(shù)據(jù)，方便CPU進(jìn)行處理。

　　在FPGA接收一幀網(wǎng)絡(luò)報(bào)文并分析后，生成一個(gè)32個(gè)字節(jié)的包頭。包頭初始化時(shí)，logo字段置0x58，macno字段置對(duì)應(yīng)的MAC編號(hào)，dmuno字段置DMU板編號(hào)，len字段置報(bào)文長(zhǎng)度，type字段置‘C’，sec和nsec字段置報(bào)文的時(shí)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(yù)處理單元負(fù)責(zé)填寫(xiě)，包頭type字段表明報(bào)文所屬類型，報(bào)文類型分為A(0x40)、B(0x41)、C(0x41)三類，默認(rèn)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(luò)報(bào)文，并開(kāi)始分析操作。這一過(guò)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(lái)決定。

　　根據(jù)報(bào)文處理流程，將整個(gè)模塊分為3個(gè)功能子單元，如圖4所示。由于MAC地址是由6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)構(gòu)成，數(shù)據(jù)較長(zhǎng)，分析起來(lái)比較困難，為了簡(jiǎn)化CPU的分析過(guò)程，提高CPU的使用率，將6個(gè)字節(jié)的MCA地址簡(jiǎn)化為2個(gè)字節(jié)的地址標(biāo)記，這樣就大大減輕了CPU的工作負(fù)擔(dān)。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。