Linux工控主板的一种环形菊花链网络方案

　　环形菊花链网络是工业常用网络结构，每个交换节点可以方便的接入以太网设备，构成星形结构，而交换节点与节点之间相互连接，又构成环形结构。环形菊花链设备接入方便，减少了单纯星形结构冗长的布线。同时，又能通过交换节点之间的环形结构达到链路冗余备份的功能，相对线性菊花链网络成本更低。

　　通常需要采用具有环网功能的交换机作为环形菊花链网络中的交换节点，运行STP/RSTP/MSTP协议，以防止二层的广播风暴。英创公司结合自身产品特点，以EM9287工控主板为核心，提出了一种小型、低成本的环形菊花链组网方案。

　　英创公司采用Davicom公司的DM8606作为交换芯片（支持RSTP协议），开发了一个小型交换机环网扩展模块ETA713。如图1所示，ETA713具有5个以太网口，其中P0、P1作为环网接口，P2、P3作为普通网口，P4作为CPU port，与EM9287的eth0传输数据。同时，EM9287通过DM8606的SMI接口对其进行控制。将P0-P3在ETA713的评估底板上以RJ45的接口引出，可以组建如图2所示的环形菊花链网络。

图1 EM9287 & ETA713

图2 EM9287 & ETA713组建环形菊花链网络

　　为防止环形网络可能造成的二层网络风暴，我们移植了RSTP协议，作为后台程序运行在EM9287上。RSTP为每个端口分配一个端口角色，包括：根端口（ROOT Port）、指定端口（DESIGNED Port）、替换端口（ALTERNATED Port）、备份端口（BACKUP Port）和禁用端口（DISABLED Port）。每个端口有3个状态：转发状态（Forwarding）、学习状态（Learning）和丢弃状态（Discarding）。

　　RSTP协议状态机根据DM8606传输过来的BPDU帧，决定端口的角色和状态，选择既非ROOT又非DESIGNED的端口作为ALTERNATED端口，禁止其转发功能，消除“环路”，如下图所示。此时，如果中断SW2交换节点的P1口，其P0口将迅速转变为ROOT PORT（P1变为DISABLED Port，不参与RSTP运算），SW2的网络帧将迅速从P0端口经环路的另一边传输到目的地ROOT BRIDGE。

图3 网络收敛原始状态

图4 中断SW2 P1后的网络状态

　　此外，因为RSTP是作为后台程序运行在EM9287上，且CPU占用资源低于1%，EM9287仍然可以运行用户所需的其他应用程序。而本质上，我们也是用一个扩展模块实现了简单的环网交换功能，取代了原来的环网交换机。