[发明专利]一种实现时间触发以太网端系统的装置及方法

摘要

本发明公开了一种实现时间触发以太网端系统的装置及方法，本发明基于以太网技术，通过增加时间同步和时间触发的功能，实现了能够传输时间触发数据和事件触发数据的时间触发以太网端系统。本发明装置的专用协议处理模块，能够更方便的处理管理数据。本发明装置的发送处理模块，能够保证数据传输过程中的可靠性和网络的稳健性。本发明的方法通过采用精确时钟同步协议IEEE 1588，降低了在硬件上实现时间同步的难度，具有更高的时间同步稳定度和同步精度。

主权项

一种实现时间触发以太网端系统的装置，包括一个主节点时间触发以太网端系统和一个从节点时间触发以太网端系统，主节点时间触发以太网端系统和从节点时间触发以太网端系统可互为发送端和接收端；主节点时间触发以太网端系统包括主机模块、总线接口模块、专用控制协议模块、配置模块、发送处理模块、接收处理模块、第一链路层MAC_IP核模块、第二链路层MAC_IP核模块、时间同步模块九大模块；从节点时间触发以太网端系统包括主机模块、总线接口模块、专用控制协议模块、配置模块、发送处理模块、接收处理模块、第一链路层MAC_IP核模块、第二链路层MAC_IP核模块、时间同步模块九大模块；其中，以主节点时间触发以太网端系统作为发送端，从节点时间触发以太网端系统作为接收端，描述各模块的功能：所述主节点时间触发以太网端系统的主机模块的应用程序生成拟发送的数据，应用程序通过调用总线接口驱动程序，将拟发送的数据发送到主节点时间触发以太网端系统的总线接口模块；所述从节点时间触发以太网端系统的主机模块的应用程序，接收来自板卡的数据并进行应用；所述主节点时间触发以太网端系统的第一链路层MAC_IP核模块和第二链路层MAC_IP核模块，依据精确时钟同步IEEE 1588协议，发送时间同步sync帧给从节点时间触发以太网端系统，将时刻t1存储到主节点时间触发以太网端的时间戳缓存区中；发送携带时刻t1的时间同步跟随帧给从节点时间触发以太网端系统；接收链路延迟请求帧，将时刻t4存储到主节点时间触发以太网端系统的时间戳缓存区中；发送携带时刻t4的链路延迟应答帧给从节点时间触发以太网端系统；为拟发送的数据添加以太网帧头，检测拟发送数据长度，对长度小于46个字节的数据进行填充操作；将数据交给网口发送出去；所述从节点时间触发以太网端系统的第一链路层MAC_IP核模块和第二链路层MAC_IP核模块，依据精确时钟同步IEEE 1588协议，接收时间同步sync帧，将时刻t2存储到从节点时间触发以太网端系统时间戳缓存区中；接收时间同步跟随帧，从该帧中解析出时刻t1，并将时刻t1存储到从节点时间触发以太网端系统时间戳缓存区中；发送时间同步链路延迟请求帧给主节点时间触发以太网端系统，将时刻t3存储到从节点时间触发以太网端系统的时间戳缓存区中；接收链路延迟应答帧，从该帧中解析出时刻t4，并将时刻t4存储到从节点时间触发以太网端系统的时间戳缓存区中；移除接收的数据的以太网帧头，对接收的数据长度进行检查，丢弃掉长度小于46个字节或者大于1500个字节的数据；所述主节点时间触发以太网端系统的时间同步模块，记录时间同步sync帧发送的时刻t1；记录链路延迟请求帧的到达时刻t4；所述从节点时间触发以太网端系统的时间同步模块，记录时间同步sync帧到达的时刻t2；记录时间同步链路延迟请求帧的发送时刻t3；从时间戳缓存区中依次取出t1、t2、t3、t4四个时刻值，并计算从节点时间触发以太网节点端系统与主节点时间触发以太网端系统的时间偏差，将时间偏差累加到本地时钟上，完成时间校正；所述主节点时间触发以太网端系统的配置模块，将存储芯片中的时间调度表加载到可编程逻辑芯片FPGA中；判断收到的时间调度表版本号是否与自身加载的时间调度表版本号相等；所述从节点时间触发以太网端系统的配置模块，将存储芯片中的时间调度表加载到可编程逻辑芯片FPGA中；所述主节点时间触发以太网端系统的发送处理模块，将数据域携带的内容为1的帧，发送给从节点时间触发以太网端系统；将数据域携带的内容为0以及正确的时间调度表的帧，发送给从节点时间触发以太网端系统；对拟发送的数据进行分组处理，将数据帧的业务类型、业务号、帧长等信息提取出来，生成入队信息；根据入队信息，将拟发送的数据缓存到不同的队列；根据业务调度模块的信息进行出队管理；根据时间调度表的内容，生成出队信息；根据出队信息，将拟发送的数据从队列中取出；数据从队列中取出之后，为其添加SN序列号，并将其同时交给第一链路层MAC_IP核模块和第二链路层MAC_IP核模块；所述从节点时间触发以太网端系统的发送处理模块，将时间调度表的版本号发送给主节点时间触发以太网端系统；所述主节点时间触发以太网端系统的总线接口模块，对拟发送的用户数据和管理数据分流，将拟发送的用户数据存储到用户数据存储区，将拟发送的管理数据存储到管理数据存储区；所述从节点时间触发以太网端系统的总线接口模块，将板卡接收到的数据发送给主机模块；所述主节点时间触发以太网端系统的专用控制协议模块，解析管理数据存储区的管理数据；所述从节点时间触发以太网端系统的专用控制协议模块解析数据，如果解析出的数据是对板卡的配置信息则将其传递给配置管理模块，否则通过总线接口模块发送给主机；所述主节点时间触发以太网端系统的接收处理模块，接收从节点时间触发以太网端系统发送过来的时间调度表的版本号；所述从节点时间触发以太网端系统的接收处理模块，分别提取来自两个链路层MAC_IP核数据的类型、业务号、帧长、SN序列号；比较每一个当前接收的数据SN序列号与接收的上一个数据的SN序列号的大小，，如果当前数据的SN序列号大于上一个数据的SN序列号，则表示当前数据通过序列号检查；否则，表示当前数据未通过序列号检查，丢弃该数据；比较接收的两个数据的SN序列号是否相同，如果相同，丢弃接收到的两个数据中到达时刻较晚的数据，只保留接收到的两个数据中到达时刻较早的数据；否则，保留两个接收到的数据；按照接收时间调度表对时间触发数据进行接收窗口检查，如果时间触发数据到来的时刻在接收窗口内，则表示该数据通过接收窗口检查；否则，表示该数据未通过接收窗口检查，丢弃该数据；按照配置模块内规定的带宽对事件触发数据进行限流操作，如果事件触发数据的带宽小于规定值，则该事件触发数据带宽满足要求；否则，表示该事件触发数据带宽过大，丢弃该数据；去除收到的两个数据的SN序列号。