【摘要】：時間觸發(fā)以太網(wǎng)(Time-Triggered Ethernet,TTE)將時間觸發(fā)服務(wù)集成在傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議中,通過建立微秒甚至納秒級別的全局時間同步網(wǎng)絡(luò),為時間觸發(fā)消息提供了無競爭的傳輸服務(wù),保障了時間關(guān)鍵流量的傳輸。因其確定性和高實(shí)時性的特點(diǎn),TTE技術(shù)日益受到人們的關(guān)注,目前在航空航天和汽車制造領(lǐng)域已經(jīng)獲得了應(yīng)用。作為TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中重要的組成部分之一,端系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)中的各個通信子系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)收發(fā)接口,其中,端系統(tǒng)的適配卡通過完成與節(jié)點(diǎn)驅(qū)動以及TTE交換機(jī)的連接打通了在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的通道,實(shí)現(xiàn)了TTE網(wǎng)絡(luò)在不同應(yīng)用需求下的多種類型業(yè)務(wù)的傳輸。本文主要通過對時間觸發(fā)以太網(wǎng)的研究,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室所承接項目“時間觸發(fā)以太網(wǎng)端系統(tǒng)協(xié)作開發(fā)”,分析了TTE端系統(tǒng)中適配卡的工作模式。同時針對該項目的設(shè)計需求,詳細(xì)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了TTE端系統(tǒng)適配卡中的發(fā)送單元和硬件協(xié)處理器功能模塊。本文首先介紹了課題的研究背景和時間觸發(fā)以太網(wǎng)的在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。其次,概述了時間觸發(fā)以太網(wǎng),簡要分析了TTE網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù),同時介紹了TTE端系統(tǒng)適配卡的總體設(shè)計方案。第三,重點(diǎn)研究了TTE中混合業(yè)務(wù)的調(diào)度方式。在TTE中支持包括時間觸發(fā)業(yè)務(wù),AFDX網(wǎng)絡(luò)中的速率受限業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)傳輸?shù)谋M力而為業(yè)務(wù),其中時間觸發(fā)流量具有完全的時間確定性,三種業(yè)務(wù)優(yōu)先級依次降低。本文根據(jù)三種業(yè)務(wù)特性提出了發(fā)送單元的設(shè)計實(shí)現(xiàn)方案。此外,還設(shè)計了一種硬件協(xié)處理器,通過純硬件的方式實(shí)現(xiàn)了承載于UDP協(xié)議下的私有配置管理協(xié)議,以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)“瘦終端”的使用需求。最后,基于FPGA平臺對發(fā)送單元和硬件協(xié)處理器模塊進(jìn)行仿真分析,并進(jìn)行相關(guān)板級測試以驗(yàn)證設(shè)計的正確性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.11;TP332
【圖文】：

單元圖3.1 發(fā)送單元模塊框圖數(shù)據(jù)發(fā)送流程包括：Step1： 發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)發(fā)送端主機(jī)的操作，完成對應(yīng)數(shù)據(jù)幀在傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和MAC 層的數(shù)據(jù)封裝，通過 PCIe 接口傳輸?shù)?TTE 端系統(tǒng)適配卡上；Step2： 適配卡根據(jù) PCIe 協(xié)議完成數(shù)據(jù)接收并緩存在臨時發(fā)送緩存區(qū)中；Step3： 發(fā)送單元首先識別數(shù)據(jù)幀，通過提取幀頭信息對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類后向隊列管理模塊申請數(shù)據(jù)幀入隊，完成多路隊列的數(shù)據(jù)存儲操作；Step4： 發(fā)送調(diào)度模塊按照預(yù)先規(guī)劃好的 TT 業(yè)務(wù)發(fā)送時間觸發(fā) TT 流的發(fā)送，

enqueue_end = 1'b1Judge_faild =1圖3.3 數(shù)據(jù)識別與處理狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖IDLE：空閑狀態(tài)，在發(fā)送緩存 fifo 非空時讀取 fifo 中的數(shù)據(jù)開始工作；COLLECT1：提取幀頭信息的前四字節(jié)，包括幀定界標(biāo)志和業(yè)務(wù)類型；JUDGE_COLLECT1：判斷幀定界標(biāo)志和業(yè)務(wù)類型，當(dāng)幀定界標(biāo)志字段錯誤或幀類型字段不是定義的 TT，RC 和 BE 三者之一，說明幀頭信息出錯，這時重新開始讀取 fifo 搜尋新的數(shù)據(jù)幀幀頭，否則進(jìn)入 COLLECT2；COLLECT2：提取幀頭信息中的以太網(wǎng)幀幀長和虛鏈路號信息；JUDGE_COLLECT2：當(dāng)以太網(wǎng)幀長不在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)限制的幀長范圍內(nèi)，或者虛鏈號的源端系統(tǒng)不屬于本端系統(tǒng)

出隊請求隊列狀態(tài)信息圖3.5 隊列管理內(nèi)部模塊框圖各模塊功能如下：入隊控制：負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)幀的入隊操作。數(shù)據(jù)識別與處理后提取出幀信息并向隊列管理模塊發(fā)起入隊請求，入隊控制模塊接收到申請后根據(jù)隊列號查詢相應(yīng)的存儲單元信息，并反饋該申請。若準(zhǔn)許入隊，通知寫總線控制進(jìn)行數(shù)據(jù)搬移，在完成搬移后更新存儲單元信息和隊列狀態(tài)信息。出隊控制：負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)幀的出隊操作。發(fā)送調(diào)度模塊在確認(rèn)調(diào)度后向出隊控制

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本文編號：2793333