27、时间触发以太网控制器的硬件实现

时间触发以太网控制器的硬件实现

1. 引言

在分布式实时系统中，信息的时间准确性区间受全局时间视图精度的影响。而分布式时基的精度又取决于网络中消息传输延迟的抖动以及通信协议。一个可预测的实时通信系统必须保证消息在恒定的传输延迟和有界的抖动内传输。由于以太网的开放性，在使用标准以太网网络的系统中，很难保证有界的传输延迟。

消息在网络上的传输时长取决于网络流量的特性，可分为两种不同的场景：合作发送者和竞争发送者。在标准以太网中，发送者是竞争关系，可能会出现两个或多个消息同时发送给单个接收者的情况。解决这种冲突有两种方法：向发送者进行背压流量控制（这是基于总线的“老式以太网”的选择）或在网络中存储消息（这是交换式以太网的选择）。但这两种方法都会增加消息传输的抖动，从实时性能的角度来看并不理想。因此，在实时系统中，发送者必须合作以避免消息传输冲突。

本文介绍了一种时间触发以太网通信控制器（TTE 控制器）的 VHDL 模块设计，该模块可应用于可编程片上系统（SOPC），并展示了使用定制硬件板的 TTE 控制器原型实现。

2. 时间触发以太网

时间触发以太网（TT Ethernet）系统由一组通过特定交换机（TT 以太网交换机）互连的节点组成。节点可以是标准以太网节点或 TT 以太网节点。标准以太网节点由商用现货（COTS）以太网控制器和仅传输标准以太网消息的主机计算机组成。TT 以太网节点由执行 TT 以太网协议的 TT 以太网通信控制器和执行分布式（实时）应用程序一个或多个线程的主机计算机组成。

TT 以太网允许竞争发送者（标准以太网节点）与合作发送者（TT 以太网节点）在同一网络中共存，同时保持合作发送者之间流量的时间可