基于混合带宽以太网的确定性通信新方法

设计一种可在公共以太网节点上进行确定性实时通信和非确定性非实时通信的电子发射器。该发射器采用具有以太网切换的双向同时通信（在发送数据的同时也能够接收数据）技术。在Xilinx平台上对混合带宽为100Mbps的以太网电子发射器进行模拟和实现。首先使用Xilinx工具创建具有MAC头、IP头、UDP头和有效负荷（通信帧或者报文中数据字段的内容）的完整以太网包，并在FPGA（现场可编程门阵列）上模拟和实现该结果；然后设计循环调度器，并在FPGA上实现，用于在预定的实时确定性通信中调度以太网分组。循环调度器将以太网分组的主帧和次帧进行传输，其中每个主帧被划分为两个逻辑子主帧：第一个子主帧由具有确定性流量的不同结构周期性次帧组成；第二个子主帧包含具有标准以太网流量的非周期性次帧。根据电子发射器处的预调度，循环调度器向多路复用器（包含一定数目的数据输入和n个地址输入）提供控制信号，并且获得来自周期性数据源的周期性数据，或来自非周期性数据源的非周期性数据。基于获得的数据，生成子主帧1和子主帧2，随后生成以太网分组。将以太网分组传送到以太网媒体接入控制器，该控制器可以添加前导码（数据包起始处的bit组，接收者可据此接收实际数据并对数据进行同步）、帧开始（一组有序集,表示FC帧的开始）、字节填充（接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符）和循环冗余校验（CRC）。最终使用物理接口收发器芯片发送以太网帧，在循环调度器的主要帧周期中调度周期性和非周期性流量的传输。传输具有确定性通信的7个周期性以太网帧，使用Xilinx SP605板以100Mbps的以太网链路速率传输具有标准以太网流量的非周期性以太网帧。为每个主循环重复相同的传输过程。设计中使用的主帧大小和次帧大小分别为1ms和4.3μs，其中主帧大小和次帧大小取决于要发送的周期性以太网帧的数量及其分组大小。根据从Wireshark（网络包分析工具）中捕获的以太网帧验证所设计的电子发射器。试验结果表明，在Xilinx平台上设计和实现的混合带宽以太网系统能够在单个通信介质中传送实时和非实时数据。该设计可用于航空电子设备、汽车和自动化工业中。

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

编译：赵唤