TTE端系统适配卡发送单元及硬件协处理器的设计与实现

发布时间：2020-08-14 17:34

【摘要】：时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)将时间触发服务集成在传统以太网协议中,通过建立微秒甚至纳秒级别的全局时间同步网络,为时间触发消息提供了无竞争的传输服务,保障了时间关键流量的传输。因其确定性和高实时性的特点,TTE技术日益受到人们的关注,目前在航空航天和汽车制造领域已经获得了应用。作为TTE网络系统中重要的组成部分之一,端系统为网络中的各个通信子系统提供了统一的数据收发接口,其中,端系统的适配卡通过完成与节点驱动以及TTE交换机的连接打通了在数据链路层和物理层的通道,实现了TTE网络在不同应用需求下的多种类型业务的传输。本文主要通过对时间触发以太网的研究,结合实验室所承接项目“时间触发以太网端系统协作开发”,分析了TTE端系统中适配卡的工作模式。同时针对该项目的设计需求,详细设计并实现了TTE端系统适配卡中的发送单元和硬件协处理器功能模块。本文首先介绍了课题的研究背景和时间触发以太网的在国内外的发展现状。其次,概述了时间触发以太网,简要分析了TTE网络的系统组成和关键技术,同时介绍了TTE端系统适配卡的总体设计方案。第三,重点研究了TTE中混合业务的调度方式。在TTE中支持包括时间触发业务,AFDX网络中的速率受限业务和传统以太网传输的尽力而为业务,其中时间触发流量具有完全的时间确定性,三种业务优先级依次降低。本文根据三种业务特性提出了发送单元的设计实现方案。此外,还设计了一种硬件协处理器,通过纯硬件的方式实现了承载于UDP协议下的私有配置管理协议,以应对网络“瘦终端”的使用需求。最后,基于FPGA平台对发送单元和硬件协处理器模块进行仿真分析,并进行相关板级测试以验证设计的正确性。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.11;TP332
【图文】：

框图,发送单元,模块,框图

单元图3.1 发送单元模块框图数据发送流程包括：Step1：发送数据经发送端主机的操作，完成对应数据帧在传输层、网络层和MAC 层的数据封装，通过 PCIe 接口传输到 TTE 端系统适配卡上；Step2：适配卡根据 PCIe 协议完成数据接收并缓存在临时发送缓存区中；Step3：发送单元首先识别数据帧，通过提取帧头信息对数据进行分类后向队列管理模块申请数据帧入队，完成多路队列的数据存储操作；Step4：发送调度模块按照预先规划好的 TT 业务发送时间触发 TT 流的发送，

数据识别,处理状态,转移图,帧定界

enqueue_end = 1'b1Judge_faild =1图3.3 数据识别与处理状态转移图IDLE：空闲状态，在发送缓存 fifo 非空时读取 fifo 中的数据开始工作；COLLECT1：提取帧头信息的前四字节，包括帧定界标志和业务类型；JUDGE_COLLECT1：判断帧定界标志和业务类型，当帧定界标志字段错误或帧类型字段不是定义的 TT，RC 和 BE 三者之一，说明帧头信息出错，这时重新开始读取 fifo 搜寻新的数据帧帧头，否则进入 COLLECT2；COLLECT2：提取帧头信息中的以太网帧帧长和虚链路号信息；JUDGE_COLLECT2：当以太网帧长不在标准以太网限制的帧长范围内，或者虚链号的源端系统不属于本端系统

框图,队列管理,内部模块,框图

出队请求队列状态信息图3.5 队列管理内部模块框图各模块功能如下：入队控制：负责控制数据帧的入队操作。数据识别与处理后提取出帧信息并向队列管理模块发起入队请求，入队控制模块接收到申请后根据队列号查询相应的存储单元信息，并反馈该申请。若准许入队，通知写总线控制进行数据搬移，在完成搬移后更新存储单元信息和队列状态信息。出队控制：负责控制数据帧的出队操作。发送调度模块在确认调度后向出队控制

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