冗余网卡

冗余网卡说明

1．硬件原理

整个PCI冗余网卡由三部分组成：两个PCI接口的以太网冗余网口，PCI桥片和FPGA控制电路。两个以太网网口用于互相备份的数据通信，PCI桥片用于将FPGA控制逻辑挂接到PCI总线，FPGA用于检测控制两个冗余网口的状态。

在此设计应用中，初始状况下，系统中默认第一个网口处于正常工作状态，而第二个网口处于激活状态，不对外收发数据。冗余网卡上的的FPGA逻辑作仲裁判断，监测两个网卡的物理链接状态，当监测到网卡的物理链接状态发生改变时，即由FPGA记录链接状态，作为Plx9052的从设备，FPGA向Plx9052发送中断信号，Plx9052响应中断并请求CPU中断，表示当前冗余网卡板上的网卡链接状态发生变化，申请CPU仲裁处理。CPU则查询FPGA中状态寄存器，分别查询网口A和网口B的链接状态，根据网口的链接状态，禁止链接断开的网卡，而使能启用链接状态正常的网卡。硬件原理图如下图1：

图1 网口冗余备份硬件原理框图

2．软件切换原理

作为双冗余备份网卡，外界访问到冗余网卡中的任何一个都是透明的，形式上只有一个网卡的存在。冗余网卡的设计为两个网卡配置同的IP地址和MAC地址。在使用备份网口之前卸载当前使用网口的IP地址，并解除网卡与协议的绑定，此时，IP协议层与MUX 层断开，将不能受到来自底层设备的数据包。而备用网口使其IP层和底层驱动绑定，并为其配置同样的IP地址。备用网口能在极短时间内替代当前网口工作，保证数据最少量的丢失。

3．冗余切换系统执行流程

在系统上电启动时，同时初始化两个网口，网口A和网口B，并给其配有相同的MAC地址。将网口A配置为默认通信网口，而网口B虽然硬件初始化完毕，但不给其分配IP地址，并且不进行其MUX层和协议层的绑定，这样B网口虽然硬件初始化成功，但并不能进行数据收发，处于备用状态。同时FPGA上电后运行自身逻辑，对网口A，B的链接状态进行监测，准备进行网口切换处理。具体启动流程如下图2:

图2 冗余网卡系统启动流程