一种嵌入式网管应答器 【技术领域】
本发明属于网络通信领域，特别涉及一种应用于双向光纤同轴混合(，HFC)网络的基于FPGA芯片的嵌入式网管应答器。
背景技术
双向光纤同轴混合网，简称为HFC网络，即Hybrid Fiber Coaxial的缩写HFC，作为一种宽带接入网络，具有传输频带宽、频率资源丰富、接入方便及技术改造费用低等优点。尤其是数字电视播出的快速普及，促进了HFC网络的快速发展。基于低成本超大规模现场可编程门阵列(以下简称FPGA)芯片的SOC系统，遵循国标《HFC网络设备管理规范》的网管应答器。尤其能够使用嵌入FPGA中的NIOS II系统对运行于双向HFC网络内的设备进行数据采集与监控，达到实时远程管理的目的。网络规模越来越大，传输设备越来越多，网络构造也更加复杂。随着数字电视等数据业务在HFC网络内的运营，对HFC网络的稳定性和可靠性提出了更高的要求。为了进一步改善网络的稳定性和可靠性，必须在网络的日常运行中引进HFC网络设备管理系统，对所有参与运营设备的工作状态，进行实时的监测、记录、分析、统计和控制。而网管应答器作为被管设备的代表是网管系统中必不可少的装置。随着FPGA技术的发展，先进的90纳米工艺使芯片规模越来越大，成本越来越低，在电子技术应用领域更具竞争力。在嵌入式系统中，新一代的FPGA不但可以任意设计逻辑电路，还可以直接嵌入各种Ipcore，甚至是32位的CPU或DSP，FPGA优越的性价比使其成为网络产品设计的新亮点。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是，在网络产品的设计中，针对超大规模现场可编程门阵列技术的发展，需要新一代的更优越的性价比产品问世。
本发明的目的在于提供一种嵌入式网管应答器，它是应用于HFC网络的基于嵌入式FPGA的网络设备应答器，遵循国标《规范》，能够使用32位NIOSII(一种嵌入式处理器的名称)系统对HFC网内的设备进行实时的跟踪与监控，达到远程实时管理的目的。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种嵌入式网管应答器，包括FPGA芯片、配置芯片、RAM存储器组成的数据处理硬件平台和外围接口，其特征在于，在FPGA芯片中嵌入32位NIOSII系统；所述数据处理硬件平台，是将国际协议和SNMP协议嵌入硬件平台，对HFC网内事务进行监控、管理；所述外围接口有以太网接口、串行通信接口、在线编程与调试接口、人机交互接口，并分别与所述数据处理硬件平台连接，所组成的轻小网管应答器装置直接作为设备组件置于被管理设备内部。所述网管应答器的工作参数，采用本地串口和远程IP口连接方式。所述的NIOSII系统通过地址总线、数据总线以及控制总线与以太网接口相连接，通过这个接口可以把本应答器连接到网络上，与网管系统管理计算机进行通信。所述串行通信接口连接FPGA的UART模块，由外部连接线连接网络设备，实现监控参数的传输。所述的配置芯片通过JTAG方式与FPGA芯片的配置专用线连接；RAM存储器通过FPGA芯片的部分I/O口，这些口被定义为外部总线，连接到NIOS II系统的AVALOG总线，完成数据处理器的硬件平台构建；所述的以太网接口通过数据总线、地址总线与FPGA芯片的部分I/O口连接，这些口被定义为I/O总线，完成网络前端管理服务器与网管应答器的通信连接；所述的在线调试接口通过数据收发线、时钟线、复位线与FPGA芯片连接，完成在线调试和程序下载功能；所述的串行通信接口通过符合RS232标准的数据收发器与嵌入在FPGA芯片中的UART连接，完成与被管设备数据采集装置的通信及本地通信；FPGA芯片的专用I/O接口与人机交互接口相连接，完成LED指示、按键输入、机盖状态告警功能。
所述地数据处理器包含处理SNMP协议中五个消息的所有功能及符合国标的MIB库；所述的地址总线上的地址信息包含网管应答器的地址和网络前端管理服务器的地址；所述的数据总线上的数据包含网管应答器传输到网络前端管理服务器的实时数据和网络前端管理服务器发送到网管应答器的管理信息。
在线编程和调试接口与FPFA的JTAG接口相连接，由外部的连接电缆连接PC机的USB接口，实现在线调试与下载程序功能。人机交互接口与LED指示器、按键开关及机盖状态告警单元相连接，可显示系统工作状态及输入控制命令。整个系统通过NIOSII的系统软件对串行通信接口传输来的网络设备管理数据进行分析、保存，对以太网接口传输来的SNMP数据包进行解析、封装，并根据网管系统管理计算机的要求对被代理网络设备进行数据采集与监控。
对所述的数据处理硬件平台的配置文件、NIOSII系统软件和非易失数据，采用单一串行配置芯片存储，减少芯片数量及PCB板面积；
对所述的串行通信接口，采用自定义的本地通信协议，可连接功能不同的被管理设备，提高应答器的通用性；
对所述的硬件平台，采用改变FPGA配置文件的方法升级数据处理的能力，提高了应答器的扩展性；
遵循国标《规范》，提高了应答器的兼容性。
所述的以太网接口通过数据总线、地址总线与FPGA芯片的部分I/O口连接，这些口被定义为I/O总线，完成网络前端管理服务器与网管应答器的通信连接；所述的在线调试接口通过数据收发线、时钟线、复位线与FPGA芯片连接，完成在线调试和程序下载功能；所述的串行通信接口通过符合RS232标准的数据收发器与嵌入在FPGA芯片中的UART连接，完成与被管设备数据采集装置的通信及本地通信；FPGA芯片的专用I/O接口与人机交互接口相连接，完成LED指示、按键输入、机盖状态告警功能。
所述的NIOSII系统软件包含处理SNMP V1协议中五个消息的所有功能及符合国标的MIB库。
所述的地址总线上的地址信息包含网管应答器的地址(源地址)和网络前端管理服务器的地址(目的地址)；所述的数据总线上的数据包含网管应答器传输到网络前端管理服务器的实时数据和网络前端管理服务器发送到网管应答器的管理信息。
本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：本发明依靠超大规模FPGA的可编程逻辑和丰富的IPcore(知识产权模块)，将NIOSII系统嵌入FPGA芯片中，组成功能强大的硬件平台，再将国标《规范》嵌入到硬件平台中，利用NIOSII CPU超强的数据处理能力，对运行在HFC网的网络设备有效地进行实时监控和管理。同时由于FPGA技术的发展，其优良的功能价格比能够使本发明在电子技术领域具有强大的竞争力。并且由于采用FPGA芯片组成硬件平台，使整个系统可以在未来的发展中根据需要随时进行硬件升级，实现同一硬件平台的可持续开发。
【附图说明】
图1为网管应答器的一个实施例的原理框图。
图2为FPGA芯片示意图。
图3为存储器组部分示意图。
图4为以太网接口部分示意图。
图5为在线编程和调试接口部分示意图。
图6为串行通信接口部分示意图。
图7为人机交互接口部分示意图。
【具体实施方式】
本发明的一个实施例结合附图详述如下：
参照图1，为网管应答器的一个实施例的原理框图。表示应用于HFC网络的基于嵌入式FPGA的网管应答器，包括FPGA芯片1、存储器组2、以太网接口3、JTAG调试接口4、串行接口5、人机接口6。其制作和装配过程为将FPGA芯片1、存储器组2、以太网接口3、JTAG调试接口4、串行接口5、人机接口6以及其他外围分立元件分别焊接在预先设计好的PCB板上，将配置文件、系统软件和非易失数据通过JTAG调试接口4下载到FPGA的配置芯片内，制作成体积小巧的应答器置于被管理设备里。
所述的FPGA芯片1与所述的存储器组2连接，组成具有数据处理功能的硬件平台；所述的以太网接口3通过数据总线、地址总线与FPGA芯片1的部分I/O口连接，这些口被定义为I/O总线，完成网络前端管理服务器与网管应答器的通信连接；所述的JTAG调试接口4通过数据收发线、时钟线、复位线与FPGA芯片连接，完成在线调试和程序下载功能；所述的串行接口5通过符合RS232标准的数据收发器与嵌入在FPGA芯片1中的UART连接，完成与被管设备数据采集装置的通信及本地通信；FPGA芯片的专用I/O接口与人机接口6相连接，完成LED指示、按键输入、机盖状态告警功能。
所述的NIOSII系统软件包含处理SNMP V1协议中五个消息的所有功能及符合国标的MIB库。
所述的地址总线上的地址信息包含网管应答器的地址(源地址)和网络前端管理服务器的地址(目的地址)；所述的数据总线上的数据包含网管应答器传输到网络前端管理服务器的实时数据和网络前端管理服务器发送到网管应答器的管理信息。
参照图2-图5，基于嵌入式FPGA的网管应答器的具体工作原理描述如下：
安装配置文件和系统软件：由计算机编译完成的配置文件和系统软件从JTAG调试接口4的数据下载引脚(图5中XS4的1、3、5、9脚)通过FPGA1内置的编程器模块下载到存储器组2中的flash芯片(图3中的D2)里。重新上电后，配置文件将NIOSII系统嵌入到FPGA 1中，NIOSII系统首先将系统软件从flash芯片(图3中的D2)转存到存储器组2中的RAM芯片(图3中的D3、D4)里，然后从地址0X000000开始运行工作程序。
收发IP数据包：FPGA 1与以太网接口3连接，通过RJ45接口(图4中的XS2)连接远程管理计算机，在网络应答器与管理计算机之间传递网络管理数据。
参照图6至图7收发本地数据包，FPGA 1与串行接口5连接，通过RS232A接口(图6中的XS3)连接被代理网络设备，将该网络设备采集的数据传递到应答器，并将管理指令下达给被代理网络设备。通过RS232B接口，图6中的XS5连接本地计算机，将要设置的应答器参数下传给应答器。
通过上述的芯片配置与数据传输，就达到了发明的工作目的。