瑞萨RZT2M/N2L ETHSW Pattern Matcher模块功能说明和举例

在实际应用中，工业网络设备可能会面对复杂的网络数据环境，比如复杂物理拓扑结构（网络中大量使用路由器/交换机，并且可能有外部设备接入），可能导致网络中出现大量的IP广播/多播，非目标IP包，这些包大量出现，就有可能把真正携带有效通信数据的包“淹没”掉。为了解决这些风险，T2M/N2L平台内置的ETHSW模块提供了广播/多播风暴抑制，数据帧过滤等硬件功能。

本文主要介绍用于数据帧过滤的“模式匹配 （Pattern Matcher）”功能，并举例T2M/N2L ETHSW模块提供的Receive Pattern Matcher功能，可以用来和PORT接收到的Frame的特定字段对比，在normal forwarding processing的基础上执行一些预定义的特定动作：如Discard， MGMTFWD，Force_Forward，从而在ETHSW的PORT端完成对特定数据帧的识别，减少通过ETHSW Management Port进入GMAC/CPU处理的数据帧数量，从而降低GMAC数据传输负载和CPU处理IP协议栈的软件负载，降低“丢帧”发生的风险；

ETHSW总共12个Pattern Matcher可用。

Pattern Matcher支持固定匹配模式和2字节匹配模式；最多可匹配到从数据帧源MAC地址字段之后最多偏移256字节处。

Pattern Matcher可以与集成的hub模块结合使用。允许实现当一个特定的帧被接收时，触发MAC传输。这允许在实现像Powerlink这样的协议时，节点设备被触发传输，是通过接收来自中央主节点的特定帧来控制的。

Pattern Matcher的4种模式：

MODE 1固定模式

固定比对Frame的SRC MAC地址域后开始的12字节，（第13th-24th字节)因为该范围包含了Type_Length字段（2字节），所以最多比对10 Bytes负载内容；

通过PTRN_CMP寄存器和PTRN_MSK寄存器配置数据帧中参与对比的每个字节的比较值和掩码，运行时根据掩码对Frame中相应字节作AND运算，对比PTRN_CMP中的比较值，相同即为Match，然后预定义的Action操作被触发。

MODE 2-4：flexible模式

Mode 2-4都是2字节比较，比较的具体方法描述如下，比较位置（offset值：0-256）从13 th byte开始计算偏移；

MODE 2：2 byte table look-up：Frame中Offset位置开始的2字节，和最多8个比较值作比较；

MODE 3：2 byte range compare with minimum and maximum range：Frame中Offset位置开始的2字节，判断其是否在预设的最小值（min）和最大值（max）范围内；Compare Match规则为：Min <= 2 byte Value <= Max

MODE 4：2 byte inverted 2-byte inverted range compare by using a minimum and maximum range：Frame中Offset位置开始的2字节，反向比较 ，Compare Match规则为：2byte value <= Min or  2 byte value >= Max;

Mode 2/3/4下比较值和寄存器配置的对应关系：

举例：

在我们的PN例程中，为了解决测试和实际应用时，网络中出现ARP风暴，导致DCP连接出现故障的问题，因为ARP.request本身是广播帧，用广播风暴抑制不太合适（可能会把真正需要答复的ARP.request屏蔽掉），所以用Pattern Matcher 提取针对该Station IP地址的ARP.request；

实现该功能使用2个Pattern Matcher（编号0xa和 0xb），工作在Mode 3（2 byte range compare）下，对比ARP.request帧中的Target IP Address 域，每个Pattern Matcher对比2字节IP地址；

UM中MODE 3的意义为：

2-byte range compare by using a minimum and maximum range，at a programmable offset， with port and queue mask for frame triggering and optional Length/Type matching.

从Offset指定的位置，Frame中的2字节，如果这两字节的值落在定义的Min和Max值之间，则认为匹配成功；

Max/Min配置值与寄存器配置对应关系如下：

代码如下：

这段代码可以看到：

action=MGMTFWD | MODE_2BYTE_RANGE| VLAN_SKIP | LEARNING_DIS | SWAP_BYTES |MATCH_LT| SET_PRIO;

其中比较重要的配置有：

MGMTFWD：定义为Compare Match的帧，提取到Management Port（ETHSW PORT 3），不再转发；

MODE_2BYTE_RANGE：定义Pattern Matcher 工作在MODE 3;

MATCH_LT：定义除了比较2 byte数据，还需要同时比较Length_Type域，该示例中为0x0806；

max_min：分别定义IP地址的高低2字节需要匹配的值，按照上面的对照表，写入到PTRN_CMP寄存器中；

offset：定义需要比较的2字节从数据帧MAC地址域后开始的位置；Target IP Address域的高低2字节的offset分别为26和28；

port_mask：表示在哪些PORT口上实施该Pattern Matcher；示例中port_mask = 3，即在3个PORT口上都实施；

函数ethsw_setup_mqprio_pattern_add()配置Pattern Matcher相关寄存器；这里不作详细说明，请参考UM（Section 28.3.15）和Source Code;

以上简单说明了ETHSW提供的Pattern Matcher的基本功能。T2M/N2L平台的ETHSW是功能强大的交换机，实现了较多Lay2级别的交换功能，后续文档会继续介绍如TDMA/HUB等亮点功能，敬请期待。