基于FPGA的千兆以太网端口通信设计

针对嵌入式领域中以太网传输速率以及实时性问题,文中提出了一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的千兆以太网端口通信的设计方案。设计了千兆以太网交换机的转发功能,基于标签转发实现了端对端数据通信。CPU(Central Processing Unit)发出带有标签的数据报文,通过千兆网口输出数据报文,经过RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface)接口将带标签的数据报文发送给FPGA,FPGA通过内部逻辑判断标签中的输出端口号域并去除标签,从相应千兆网口向连接设备输出数据报文。外设通过千兆网端口输入数据报文,通过SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface)协议将数据报文发送给FPGA,FPGA通过内部逻辑添加标签并轮询输出给CPU,从而实现多个千兆网口连接设备互通。实验结果验证了FPGA逻辑的可行性和有效性,传输速率达到1 Gbit·s-1,报文转发延时小于100μs,报文丢包率为0%,数据传输稳定性较高,满足现有项目的实际需求。

面向载人月球探测的确定性以太网应用研究

确定性以太网(时间触发以太网和时间敏感网络)是在传统以太网上增加时间同步、时间感知整形等机制,能够提供高可靠低时延的确定性通信服务的技术。确定性以太网在航天器中的应用,可以解决现有总线难以满足未来空间系统架构开放性、数据处理实时性和数据传输可靠性等应用需求的问题。对确定性以太网技术产生的背景、技术原理和发展现状进行分析,提出一种“先融合后增强”的推进步骤,即由时间触发以太网和时间敏感网络融合的架构逐步过渡到完整的时间敏感网络架构,为我国未来航天器信息系统数据总线的设计和实现提供思路。

虚拟I/O模块在DCS以太网通信接口模块上的实现

为减少硬件模块的重复开发,在保留原DCS软硬件系统架构不变的基础上,在以太网通信接口模块硬件上虚拟不同的I/O模块。虚拟I/O模块与硬点I/O模块具有一致的输入、输出及参数属性,且组态方式和产物格式一致。同一以太网通信模块上可在不同的虚拟I/O槽位上配置不同的虚拟I/O模块,如Modbus TCP虚拟I/O模块和GOOSE虚拟I/O模块,进而在同一硬件实现不同的通信功能。虚拟I/O模块的使用一方面减少了DCS系统硬件模块的种类,简化备品备件,另一方面也提高了通信扩展的灵活性和便利性。

关于征集《车载以太网高速连接器和电缆组件技术要求》团体标准参编单位的通知

各有关单位:近年来,车载以太网连接器和电缆组件技术快速发展,正推动产业迅速壮大。但万兆以太网连接器和电缆组件的测试要求仍处于空白。为满足国内主机企业的需求,推动国内车载高速网络与连接器标准的完善,与国际形成匹配。

基于车载以太网的HIL实时仿真测试平台的研究及应用

利用以太网配置工具生成同时支持CAN/CANFD通信和SOME/IP通信的Simulink模型服务接口,采用MATLAB软件创建HIL仿真模型,应用Python语言开发支持车载以太网DoIP诊断的上位机,并基于Dspace实时仿真平台搭建HIL实时仿真测试平台。结果表明:该平台可以模拟基本驾驶操作测试,同时支持CAN/CANFD通信和SOME/IP通信测试,并可以对车载以太网报文进行E2E校验;利用诊断上位机可以进行CAN/CANFD通信和DoIP通信的UDS诊断操作。

面向运动控制器的千兆以太网通信模块的设计与实现

针对传统通信方式无法满足运动控制器对传输速度和实时性要求的问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的千兆以太网实现方案。结合UDP/IP协议中数据帧的封装和解析过程,对MAC层、IP层以及UDP层进行一体化设计,开发了一款低成本的千兆以太网通信模块。经仿真和硬件测试,该模块的主频最高可达179.76 MHz,数据帧接收与发送之间的间隔仅为444 ns,且存储器资源使用量不到1%,满足千兆以太网的传输速率及实时性要求。除正常的以太网通信功能外,该模块还实现了数据帧的清除和重发功能以及对通信模块的IP和MAC地址进行动态配置,为实现运动控制器的以太网通信提供了低成本的解决方案。

基于ZYNQ的时间触发以太网系统设计

时间触发以太网(TTE)是一种基于标准以太网的实时网络通信技术,采用“时钟同步”和“时间触发”来确保关键数据的通信实时性和确定性,解决了标准以太网基于“事件触发”的通信方式无法保证通信确定性这一问题,通过冗余传输和故障检测、隔离机制来提升网络的可靠性,具有大带宽、强实时性、高可靠性和兼容标准以太网的技术特点,能够满足安全关键系统的强实时通信需求,本系统应用ZYNQ芯片实现了TTE网络协议,完成了数据采集、数据传输、数据判读等功能。测试展现了TTE技术的高可靠性和时效性,并展现出本系统的兼容性和多任务工况的应用拓展性。

基于以太网的数据采集及传输系统设计

针对多通道信号采集中存在数据量大、数据传输速度慢和外场试验中稳定性差等问题,该文设计出一种基于FPGA的以太网数据传输系统。该系统是以Xilinx K7系列FPGA为主控芯片,使用亚德诺公司AD7606芯片对信号进行采集,设计AXI_MASTER模块进行接口转换,使用镁光公司DDR3 SDRAM作为数据缓存芯片,最终设计以太网UDP协议将数据打包传输至上位机端。该系统经过测试表明,能够有效地进行信号的采集、快速地读写数据和稳定地传输。该系统应用比较广泛,性能比较稳定且具有一定的参考价值。

用于400 Gb/s以太网PCS的递推RS编码电路

为了在400 Gb/s以太网物理编码子层(PCS)中实现高速纠错编码,设计了一种递推里德-所罗门(RS)编码电路。该电路通过组合递推因子、输入数据和寄存器数据,可以得到递推RS编码电路的结果。采用VCS+Verdi软件对传统RS编码电路、递推RS编码电路进行仿真,并使用Nangate 45 nm开源工艺进行综合测试。仿真与测试结果表明:相较于并行RS(544,514)编码电路,使用递推RS编码电路可以大幅度减少时间开销;32路递推RS(544,514)编码电路的面积降低了68%,功耗降低了60%。

实时以太网与边缘智能融合控制器设计

为了减少数据通信链路并提高预警事件数据上报的实时性和事件侦测的及时性,将视频事件检测识别与实时以太网通信在边缘控制端直接联系并融合。设计的从站控制器将识别的数据、相似度分数与实时采集的数字量、模拟量数据组包发送给监控主站,主站通过预设控制逻辑与从站控制器进行数据互通,与逻辑联动实现对象的远程控制和管理。此外,通过光模块通信方式级联组网实现超远距离通信,降低了现场布线复杂度与布线成本。

新一代单对线以太网NG-SPE技术及在流程工业数据通信中的应用

回顾了流程工业两线制通信技术的发展历程,包括4~20mA,HART,RS-485和新兴的APL/10BASE-T1L单对线以太网通信技术,以及各自的优缺点、面临的问题和后续的演进方向;重点介绍了新一代单对线以太网NG-SPE技术,以及该技术在带宽、距离、节点数和供电四个方面的均衡表现。通过与其他主流单对线技术对比后表明,新一代单对线以太网NG-SPE技术可实现在1km内,通信速率为100Mibit/s的数据传输,15节点接入,点到多点供电,并支持多种线缆和拓扑结构,可应用于流程工业、物联等领域,取代低速总线,利用已有线缆,实现高速远距离总线通信。

以太网通信下的永磁真空断路器合闸自动控制

在对永磁真空断路器合闸远程控制时,都是以传感网络完成控制信号的传输,但是传感网络易受外界干扰,存在分合闸延迟时间较长、合闸误差率较高的问题。为此,深入研究基于以太网通信的远程控制技术,研究永磁真空断路器合闸自动远程控制方法。首先构建永磁真空断路器合闸控制主体电路简化结构,其中包含断路器本体、驱动电路和传感器;然后通过以太网通信技术,滤波处理后传输断路器状态信息数据;最后使用选相分闸控制,从而限制延时,实现精准控制。实验证明,所提出的控制方法下永磁真空断路器分合闸时间明显缩短,分闸时间在11 ms以内、合闸时间在18 ms以内且合闸误差率降低在0.3%以下,优于传统的传感网络方法。

基于IEC 61375标准的列车以太网一致性测试平台设计

[目的]为确保列车网络系统的稳定性、可靠性、兼容性以及数据传输和控制的准确性,需对列车网络的一致性测试进行研究。[方法]基于IEC 61375标准进行列车以太网测试平台设计,并完成测试平台的搭建;测试平台主要包括硬件平台和软件平台;其中,硬件平台由测试仪器、陪测设备、工装夹具以及工控机组成;软件平台基于LabVIEW(程序开发环境)程序语言、NI TestStand软件测试框架和Tcl(工具命令语言)脚本,进行系统集成。[结果及结论]实现了列车以太网物理层、协议层和性能的自动化测试,并通过CNAS(中国合格评定国家认可委员会)认证。

基于DCS工业应用场景的以太网Link Down机制的研究

DCS工业应用场景下,以太网接口需要满足EMC浪涌抗扰度测试3A等级的要求。文中针对以太网百兆电口在浪涌抗扰度测试中出现Link Down故障导致控制趋势跳变这一问题,通过对影响百兆PHY芯片Link Down的主要因素进行理论分析,结合测试结论设计了干扰发生器,并对各厂商的PHY芯片进行浪涌测试和模拟干扰测试。证明了浪涌试验下PHY芯片的差分输入信号畸变时间大于厂商设置的耐受时间导致网口Link Down这一猜想的正确性和模拟干扰测试方法的可靠性。明确了TANS_MAX>150μs作为DCS工业应用场景下PHY芯片选型指标,为芯片选型提供依据。

单对线以太网物理层模拟前端设计思考

单对线以太网是近年来新兴的以太网技术,随着汽车自动驾驶和工业物联网的高速发展,凭借上层应用扩展和底层布线上的绝对优势,正在大规模应用。单对线以太网物理层模拟前端技术是实现单对线以太网通信的关键基础技术。本文讲述了现有单对线以太网物理层模拟前端相关的标准,架构及相关模块设计技术,重点对发射器TX和接收器RX关键模块的现有实现技术及其优缺点进行了列举分析。发射器TX电流模结构易于实现高精度但功耗效率低,电压模结构精度略低但功耗效率更高;接收器RX的设计围绕模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)展开,ADC决定着整个RX的性能、功耗、面积和复杂度,分段和重新装配(Segmentation And Reassembly,SAR)ADC是首选结构,应用上限不断提高。由此进一步明确了在高性能、低功耗、小面积的单对线以太网物理层模拟前端设计中的挑战。

基于FreeRTOS的车载终端以太网通信软件设计

针对目前控制器局域网(Controller Area Network, CAN)总线技术通信速度较慢、带宽有限以及可扩展性差等弊端,利用车载以太网技术实现车内控制器与车联网控制单元T-Box的局域网通信,以实现数据的存储和收集。在嵌入式平台STM32F429VIT6移植FreeRTOS操作系统和LwIP网络协议栈,通过OTA技术完成系统软件的远程升级。测试结果表明:系统能够为用户实时提供汽车电池各项数据,系统响应指令的时间约为6 ms,且具有局域网内的OTA升级功能,实现了设计目标。

基于快速以太网的可见光通信系统设计与实现

为了突破当前可见光通信(VLC)设备设计和成本方面的瓶颈,以推动VLC更广泛的普及和应用。提出并实现了一种将快速以太网与VLC相结合的方案,通过直接利用RJ45端口输出的MLT-3信号对可见光进行调制。鉴于LED调制带宽的限制,采用均衡技术拓展发射器的带宽。结果表明,在2 m和0.2 m的传输距离上实现了平均94 Mbps的稳定实时传输。本方案克服了VLC复杂性和高成本的问题,有望推动可见光通信技术在无线通信领域的广泛应用。

一种基于SPC584CE70芯片的车载以太网网关控制器的设计与应用

针对车载以太网与传统CAN网络不能直接通讯的问题,设计一款基于SPC584CE70 MCU主芯片的车载以太网网关控制器。该控制器具有4路以太网和3路CAN网络同时通讯的功能,可较好地实现以太网与以太网、CAN网络与以太网、CAN网络与CAN网络之间的信息交互。

基于以太网的城市轨道交通通信网络安全脆弱性定性分析

随着城市轨道交通的快速发展,基于以太网的通信网络因其高速、可靠的传输特性而被广泛应用。然而,这一关键基础设施的安全脆弱性也随之凸显,对城市轨道交通系统的安全运营构成潜在威胁。文章首先概述基于以太网的城市轨道交通通信网络的基本架构及其在实际应用中存在的安全脆弱性问题,如未授权访问、数据篡改、服务拒绝攻击等;其次,通过定性分析方法,深入探讨脆弱性的成因及其可能对城市轨道交通系统造成的影响,并提出针对性的改善措施,包括加强网络接入控制、数据加密、异常检测与响应等策略,以提高城市轨道交通通信网络的安全性;最后,总结基于以太网的城市轨道交通通信网络在安全性方面的挑战和未来发展方向,强调综合安全措施的重要性以确保城市轨道交通系统的稳定运行。

基于车载以太网DoIP协议的研究及其在商用车中的应用

由于汽车智能化、网联化的进一步发展,车载以太网在汽车领域得到越来越广泛的应用。目前乘用车已经逐步采用UDS on DoIP技术方案,国内未见商用车采用UDS on DoIP技术的报道。文章主要介绍DoIP数据格式和诊断流程,并着重介绍在商用车领域基于DoIP诊断路由应用及测试、刷写应用及测试和UDS诊断测试。