基于混合帶寬以太網(wǎng)的確定性通信新方法

基于混合帶寬以太網(wǎng)的確定性通信新方法

設(shè)計(jì)一種可在公共以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行確定性實(shí)時(shí)通信和非確定性非實(shí)時(shí)通信的電子發(fā)射器。該發(fā)射器采用具有以太網(wǎng)切換的雙向同時(shí)通信（在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)也能夠接收數(shù)據(jù)）技術(shù)。在Xilinx平臺(tái)上對(duì)混合帶寬為100Mbps的以太網(wǎng)電子發(fā)射器進(jìn)行模擬和實(shí)現(xiàn)。首先使用Xilinx工具創(chuàng)建具有MAC頭、IP頭、UDP頭和有效負(fù)荷（通信幀或者報(bào)文中數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容）的完整以太網(wǎng)包，并在FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）上模擬和實(shí)現(xiàn)該結(jié)果；然后設(shè)計(jì)循環(huán)調(diào)度器，并在FPGA上實(shí)現(xiàn)，用于在預(yù)定的實(shí)時(shí)確定性通信中調(diào)度以太網(wǎng)分組。循環(huán)調(diào)度器將以太網(wǎng)分組的主幀和次幀進(jìn)行傳輸，其中每個(gè)主幀被劃分為兩個(gè)邏輯子主幀：第一個(gè)子主幀由具有確定性流量的不同結(jié)構(gòu)周期性次幀組成；第二個(gè)子主幀包含具有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)流量的非周期性次幀。根據(jù)電子發(fā)射器處的預(yù)調(diào)度，循環(huán)調(diào)度器向多路復(fù)用器（包含一定數(shù)目的數(shù)據(jù)輸入和n個(gè)地址輸入）提供控制信號(hào)，并且獲得來自周期性數(shù)據(jù)源的周期性數(shù)據(jù)，或來自非周期性數(shù)據(jù)源的非周期性數(shù)據(jù)?；讷@得的數(shù)據(jù)，生成子主幀1和子主幀2，隨后生成以太網(wǎng)分組。將以太網(wǎng)分組傳送到以太網(wǎng)媒體接入控制器，該控制器可以添加前導(dǎo)碼（數(shù)據(jù)包起始處的bit組，接收者可據(jù)此接收實(shí)際數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步）、幀開始（一組有序集,表示FC幀的開始）、字節(jié)填充（接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符）和循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）。最終使用物理接口收發(fā)器芯片發(fā)送以太網(wǎng)幀，在循環(huán)調(diào)度器的主要幀周期中調(diào)度周期性和非周期性流量的傳輸。傳輸具有確定性通信的7個(gè)周期性以太網(wǎng)幀，使用Xilinx SP605板以100Mbps的以太網(wǎng)鏈路速率傳輸具有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)流量的非周期性以太網(wǎng)幀。為每個(gè)主循環(huán)重復(fù)相同的傳輸過程。設(shè)計(jì)中使用的主幀大小和次幀大小分別為1ms和4.3μs，其中主幀大小和次幀大小取決于要發(fā)送的周期性以太網(wǎng)幀的數(shù)量及其分組大小。根據(jù)從Wireshark（網(wǎng)絡(luò)包分析工具）中捕獲的以太網(wǎng)幀驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電子發(fā)射器。試驗(yàn)結(jié)果表明，在Xilinx平臺(tái)上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的混合帶寬以太網(wǎng)系統(tǒng)能夠在單個(gè)通信介質(zhì)中傳送實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該設(shè)計(jì)可用于航空電子設(shè)備、汽車和自動(dòng)化工業(yè)中。

Asif S et al.International Conference on Advances in Computing,Communications and Informatics.IEEE, 2015.

編譯：趙喚