[发明专利]基于通用平台的实时以太网设计方法

说明书

本发明涉及一种基于通用平台的实时以太网设计方法，其中，包括：时间槽设计，包括：在网络时钟同步基础之上，通过系统内核的时间接口设置；时钟初始化；并指定时钟的维护函数，负责计算和更新指定网络事件的时间片数据；时钟设置；时钟启动数据结构初始化；时钟计时启动；周期收发设计包括：网卡驱动采用内核任务队列和DMA的数据传输方式，并配合使用NAPI的触发方式；实时应用层协议栈设计包括：使用开源的CANOPEN工程作为应用层接口，实现实时协议栈。本发明基于通用硬件平台的方法，实现基于通用硬件平台的实时以太网通信，解决必须使用专用芯片的问题，提高灵活性和开发效率，降低成本。

技术领域

本发明涉及计算机网络技术，特别涉及一种基于通用平台的实时以太网设计方法。

背景技术

国外对对实时网络的研究较早，当前主流的高实时性的以太网有三种：TTE、EtherCat和SERCOS。

调查发现，这三种实时以太网都需要专用芯片才能实现，之所以采用专用芯片来实现的原因之一是为了能够控制市场和用户，使总线知识产权的拥有者处于有利地位，以便在将来随时可以垄断市场和控制用户。

国内对实时网络的研究较晚，主要研发单位有西电的通信工程教研室和清华大学软件与通信教研室。并且都是针对特定需求，使用专用的FPGA芯片设计的方式实现，无法实现通用化和厂家设备之间的互联互通。

在美国不断加紧的技术封锁和贸易壁垒的大背景下，我们对完全依赖进口的专用芯片只能避而远之。

时间确定性以太网通信国内研究较晚，没有形成成熟产品，大多依赖进口，对存在的问题分析如下。

1，国外厂商在国内的市场都是通过代理的形式，遇到问题，常常需要先反馈给代理，再由代理跟厂商联系解决问题，一般需要六个月或是更长。

2，时间确定性以太网的使用对用户需求很高，用户既要对确定性网络通信本身较为了解，也要对专业业务和通信模式很熟悉，因此需要行业用户与确定性以太网厂家进行深入合作。由于与国外厂商的沟通都要经中间代理商，合作和交流效率低下。

3，由于国外产品常常包含很多附加服务和功能，导致价格高昂，而这些附加服务和功能常常没有必要。

4，出于政治或是经济考量，随时对特定地域或是用户实施技术和产品断供。

5，因为使用专用芯片和专用应用层协议，不同厂家的实时网络不具有互联互通性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于通用平台的实时以太网设计方法，用于解决上述现有技术的问题。

本发明一种基于通用平台的实时以太网设计方法，其中，包括：时间槽设计，包括：在网络时钟同步基础之上，通过系统内核的时间接口设置；时钟初始化；并指定时钟的维护函数，负责计算和更新指定网络事件的时间片数据；时钟设置；时钟启动数据结构初始化；时钟计时启动；对于每个进入时间槽的网络事件，计算该事件的剩余时间片，如果为0，直接执行该网络事件，否则通过时间槽机制实现的接口，等待剩余时间长度后运行该网络任务；周期收发设计包括：网卡驱动采用内核任务队列和DMA的数据传输方式，并配合使用NAPI的触发方式；实时应用层协议栈设计包括：使用开源的CANOPEN 工程作为应用层接口，实现实时协议栈；在CANOPEN接入时间触发机制后，对网卡驱动进行时间确定性访问；通过CANOPEN，实现对象字典的功能。

根据本发明所述的基于通用平台的实时以太网设计方法的一实施例，其中，时钟启动数据结构初始化包括：时钟启动数据结构初始化，在该数据结构指定：a)单次触发还是循环触发；b)触发时间长度；c)触发的回调函数；d)传到回调函数的参数。

根据本发明所述的基于通用平台的实时以太网设计方法的一实施例，其中，时间触发的时间精度通过写硬件GPIO信号，通过示波器测量相应硬件GPIO信号的方法进行测试与验证。