本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)隔離領(lǐng)域，特別地，涉及一種基于FPGA數(shù)據(jù)隔離物理卡。

背景技術(shù)：

近年來，針對電力控制系統(tǒng)的攻擊數(shù)量逐年遞增，攻擊手段更加復(fù)雜，由于工控系統(tǒng)較為明顯的脆弱性，讓電力系統(tǒng)原有的重物理隔離、輕訪問控制過濾的信息安全防御原則遭遇重大挑戰(zhàn)，同時電力系統(tǒng)實(shí)時性優(yōu)先、業(yè)務(wù)連續(xù)性有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)利益也使得傳統(tǒng)信息安全手段難以在工控領(lǐng)域?qū)嵤?/p>

另外，目前在我國網(wǎng)絡(luò)入侵防御產(chǎn)品種類較多，價格昂貴、部署專業(yè)化程度高、對使用者的專業(yè)知識要求高，其大部分功能又未針對電力系統(tǒng)的特點(diǎn)而研制。因此，需要根據(jù)具體需要而研制具體的數(shù)據(jù)隔離卡，從而使得相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)隔離卡，使隔離數(shù)據(jù)更加安全，也使得安裝和使用更加簡單。針對上述原因，需要研制基于FPGA技術(shù)的融合電力以太網(wǎng)通信技術(shù)與入侵防御技術(shù)的物理卡產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的在于提供一種基于FPGA數(shù)據(jù)隔離物理卡，以解決現(xiàn)有電力控制系統(tǒng)的數(shù)量隔離性能比較脆弱的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種基于FPGA數(shù)據(jù)隔離物理卡，包括數(shù)據(jù)隔離卡Ⅰ、數(shù)據(jù)隔離卡Ⅱ、仲裁卡、存儲器Ⅱ、存儲器Ⅰ、主板Ⅱ和主板Ⅰ；所述存儲器Ⅱ與數(shù)據(jù)隔離卡Ⅱ連接；所述數(shù)據(jù)隔離卡Ⅱ分別與主板Ⅱ、仲裁卡和數(shù)據(jù)隔離卡Ⅰ連接；所述存儲器Ⅰ與數(shù)據(jù)隔離卡Ⅰ連接；所述數(shù)據(jù)隔離卡Ⅰ分別與主板Ⅰ和仲裁卡連接；

所述數(shù)據(jù)隔離卡Ⅰ包括雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ、仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ、主板接口Ⅰ和單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ；所述雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ一端與存儲器Ⅰ連接，另一端與數(shù)據(jù)隔離卡Ⅱ連接；所述仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ一端與仲裁卡連接，另一端與主板接口Ⅰ連接；所述單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ一端與存儲器Ⅰ連接，另一端與主板接口Ⅰ連接；所述主板接口Ⅰ與主板Ⅰ連接；

所述數(shù)據(jù)隔離卡Ⅱ包括單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ、主板接口Ⅱ、仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ和雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ；所述單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ一端與存儲器Ⅱ連接，另一端與主板接口Ⅱ連接；所述雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ一端與存儲器Ⅱ連接，另一端與數(shù)據(jù)隔離卡Ⅰ中的雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ連接；所述仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ一端與仲裁卡連接，另一端與主板接口Ⅱ連接；所述主板接口Ⅱ與主板Ⅱ連接；

所述仲裁卡包括仲裁控制邏輯電路；所述仲裁控制邏輯電路通過雙導(dǎo)線分別與雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ和雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ連接。

上述方案中，優(yōu)選的是主板Ⅱ和主板Ⅰ均為FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊主要包括FPGA芯片邊作為處理器，F(xiàn)PGA芯片中使用數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾方法對輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和過濾。

上述方案中，優(yōu)選的是數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾方法結(jié)合現(xiàn)有的電力工業(yè)以太網(wǎng)常用的工業(yè)協(xié)議進(jìn)行對輸入輸出數(shù)據(jù)級的二次過濾。

上述方案中，優(yōu)選的是電力工業(yè)以太網(wǎng)常用的工業(yè)協(xié)議為電力工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)規(guī)范DL/T 1241-2013。

上述方案中，優(yōu)選的是主板接口Ⅰ和主板接口Ⅱ均為PCIE接口，所述PCIE接口用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙工通信。

上述方案中，優(yōu)選的是存儲器Ⅱ和存儲器Ⅰ均為DDR數(shù)據(jù)存儲器。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型中主板Ⅱ和主板Ⅰ均為FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊主要包括FPGA芯片邊作為處理器，F(xiàn)PGA芯片中使用數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾方法對輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和過濾；數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾方法結(jié)合現(xiàn)有的電力工業(yè)以太網(wǎng)常用的工業(yè)協(xié)議進(jìn)行對輸入輸出數(shù)據(jù)級的二次過濾，從而使得數(shù)據(jù)過濾更加安全；

2、本實(shí)用新型采用硬件開關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通道選擇，并且PCIE數(shù)據(jù)傳輸和光纖數(shù)據(jù)傳輸分時進(jìn)行，并在同一時間只能有一個傳輸，從而使得數(shù)據(jù)傳輸更安全；

3、本實(shí)用新型中仲裁卡實(shí)現(xiàn)仲裁邏輯控制，保證隔離卡的申請完整響應(yīng)，并可處理在A卡和B卡同時申請時，優(yōu)先處理A卡；單個隔離卡上的光纖收發(fā)數(shù)據(jù)，在同一時間只能接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖例說明：

A、數(shù)據(jù)隔離卡Ⅰ；B、數(shù)據(jù)隔離卡Ⅱ；C、仲裁卡；1、存儲器Ⅱ；2、單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ；3、主板接口Ⅱ；4、主板Ⅱ；5、仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ；6、雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ；7、仲裁控制邏輯電路；8、雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ；9、仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ；10、主板Ⅰ；11、主板接口Ⅰ；12、單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ；13、存儲器Ⅰ。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

一種基于FPGA數(shù)據(jù)隔離物理卡，如圖1所示，包括數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA、數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB、仲裁卡C、存儲器Ⅱ1、存儲器Ⅰ13、主板Ⅱ4和主板Ⅰ10。存儲器Ⅱ1與數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB連接，數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB為存儲器Ⅱ1的數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ芨綦x卡。存儲器Ⅱ1主要對外部網(wǎng)絡(luò)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行零時的存儲。數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB分別與主板Ⅱ4、仲裁卡C和數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA連接，主板Ⅱ4主要對從外部網(wǎng)傳入的數(shù)據(jù)或指令進(jìn)行檢測和過濾，并當(dāng)檢測結(jié)果為安全時，通知仲裁卡C進(jìn)行對傳入的數(shù)據(jù)放行，再進(jìn)一步傳到數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA上。存儲器Ⅰ13與數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA連接，存儲器Ⅰ13對內(nèi)網(wǎng)需要傳出的數(shù)據(jù)或指令進(jìn)行零時存儲，數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA為存儲器Ⅰ13的數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ芨綦x卡。數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA分別與主板Ⅰ10和仲裁卡C連接，主板Ⅰ10對內(nèi)網(wǎng)需要傳出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行檢測和過濾。并當(dāng)檢測結(jié)果為安全時，通知仲裁卡C進(jìn)行對傳入的數(shù)據(jù)放行，再進(jìn)一步傳到數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB上。

存儲器Ⅱ1和存儲器Ⅰ13均為DDR數(shù)據(jù)存儲器，DDR數(shù)據(jù)存儲器具有存儲數(shù)據(jù)速度快，并且使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

主板Ⅱ4和主板Ⅰ10均為FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊主要包括FPGA芯片邊作為處理器，F(xiàn)PGA芯片中使用數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾方法對輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和過濾。數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾方法結(jié)合現(xiàn)有的電力工業(yè)以太網(wǎng)常用的工業(yè)協(xié)議進(jìn)行對輸入輸出數(shù)據(jù)級的二次過濾，從而使得數(shù)據(jù)隔離更加安全。電力工業(yè)以太網(wǎng)常用的工業(yè)協(xié)議為電力工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)規(guī)范DL/T 1241-2013，也可以為其他的常見的電力工業(yè)以太網(wǎng)常用的工業(yè)協(xié)議，根據(jù)不同電力控制系統(tǒng)使用不同的協(xié)議。

如圖1所示，數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA包括雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8、仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ9、主板接口Ⅰ11和單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ12。雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8一端與存儲器Ⅰ13連接，雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8主要接受從內(nèi)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在存儲器Ⅰ13零時存儲后經(jīng)雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8傳出到數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB中。數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB的另一端與數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB連接，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，不能同時接收數(shù)據(jù)有發(fā)送數(shù)據(jù)，主要起到關(guān)卡的作用，受到仲裁卡C的控制。仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ9一端與仲裁卡C連接，仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ9接收主板接口Ⅰ11傳入的數(shù)據(jù)檢測和過濾結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行控制雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8開啟或關(guān)閉。仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ9的另一端與主板接口Ⅰ11連接，接收主板接口Ⅰ11傳出的結(jié)果數(shù)據(jù)。單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ12一端與存儲器Ⅰ13連接，另一端與主板接口Ⅰ1連接。當(dāng)存儲器Ⅰ13有內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲時，單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ12打開并經(jīng)過主板接口Ⅰ11傳給主板Ⅰ10檢測和過濾。主板接口Ⅰ11與主板Ⅰ10連接，主板接口Ⅰ11為PCIE接口，實(shí)現(xiàn)主板Ⅰ10的雙工通信。

如圖1所示，數(shù)據(jù)隔離卡ⅡB包括單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ2、主板接口Ⅱ3、仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ5和雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6。單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ2一端與存儲器Ⅱ1連接，另一端與主板接口Ⅱ3連接。當(dāng)存儲器Ⅱ1有內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲時，單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ2打開并經(jīng)過主板接口Ⅱ3傳給主板Ⅱ4檢測和過濾。雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6一端與存儲器Ⅱ1連接，另一端與數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA中的雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8連接。雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6用于接收仲裁卡C傳入的控制指令進(jìn)行開啟或關(guān)閉，并用于接收數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳給存儲器Ⅱ1，同時接收存儲器Ⅱ1傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳給數(shù)據(jù)隔離卡ⅠA。仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ5一端與仲裁卡C連接，另一端與主板接口Ⅱ3連接。仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ5接收主板接口Ⅱ3傳入的數(shù)據(jù)檢測結(jié)果并傳給仲裁卡C。主板接口Ⅱ3與主板Ⅱ4連接，主板接口Ⅱ3為PCIE接口，實(shí)現(xiàn)主板Ⅰ10的雙工通信。

所述仲裁卡C包括仲裁控制邏輯電路7。仲裁控制邏輯電路7通過雙導(dǎo)線分別與雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8和雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6連接。仲裁控制邏輯電路7主要起到控制開關(guān)的作用，用于控制雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6和雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8的開啟和關(guān)閉。

本實(shí)用新型的工作原理：

如圖1所示，當(dāng)外網(wǎng)有數(shù)據(jù)傳進(jìn)時，外網(wǎng)數(shù)據(jù)零時存儲在存儲器Ⅱ1中，存儲器Ⅱ1通知單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ2打開并把外網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過主板接口Ⅱ3傳給主板Ⅱ4，主板Ⅱ4對外網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾，最后把檢測結(jié)果進(jìn)過主板接口Ⅱ3傳給仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ5，仲裁申請控制邏輯電路Ⅱ5再向仲裁控制邏輯電路7進(jìn)行申請，仲裁控制邏輯電路7根據(jù)檢測的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行控制；當(dāng)結(jié)果數(shù)據(jù)合格時，仲裁控制邏輯電路7控制雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6發(fā)送模式，雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8接收模式，數(shù)據(jù)從存儲器Ⅱ1經(jīng)雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6和雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8到達(dá)存儲器Ⅰ13進(jìn)入內(nèi)網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)從外網(wǎng)到內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)隔離傳輸。

當(dāng)內(nèi)網(wǎng)有數(shù)據(jù)傳進(jìn)時，內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)零時存儲在存儲器Ⅰ13中，存儲器Ⅰ13通知單路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ12打開并把內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過主板接口Ⅰ11傳給主板Ⅰ10，主板Ⅰ10對內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)過濾，最后把檢測結(jié)果進(jìn)過主板接口Ⅰ11傳給仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ9，仲裁申請控制邏輯電路Ⅰ9再向仲裁控制邏輯電路7進(jìn)行申請，仲裁控制邏輯電路7根據(jù)檢測的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行控制；當(dāng)結(jié)果數(shù)據(jù)合格時，仲裁控制邏輯電路7控制雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8發(fā)送模式，雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6接收模式，數(shù)據(jù)從存儲器Ⅰ13經(jīng)雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅰ8和雙路數(shù)據(jù)通道開關(guān)Ⅱ6到達(dá)存儲器Ⅱ1進(jìn)入外網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)從內(nèi)網(wǎng)到外網(wǎng)的數(shù)據(jù)隔離傳輸。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。