目前,设计师只能通过仔细地实现网络,尽量减少交换机的使用,或尽量减少实时性强的网络流量来规避上述限制。这种网络隔离措施可达到对某些应用来说能接受的性能水平,但它们难以实现或维护。 节省开发时间 用FPGA实现支持IEEE1588的交换机是解决该问题的理想方案。Altera、国家半导体和MorethanIP公司各展所长,这三家公司联合为工业以太网设计师提供了一个优化的八端口交换机设计,采用该设计可使工程开发时间缩短六到九个月。开发时间上的节省将使设备制造商在产品上市时间上抢得先机。
图2:具有IEEE1588时序控制功能的八端口交换机开发板。 图2显示的是MorethanIP企业系统基于Altera的StratixIIFPGA开发的带嵌入式IEEE1588功能的开发板。该开发板所附的参考设计通过一种简单高性价比的方式实现了支持IEEE 1588的交换机,并且很容易修改而迎合其它系统及快速变化的市场需求。这些优势是都是凭借FPGA的灵活性以及FPGA设计内集成的一个32位RISC处理器实现的。 具有1588定时控制和可编程上行链路功能的以太网MAC内核和交换矩阵内核知识产权(IP)是由MorethanIPGmbH开发的。MorethanIP企业系统还提供了可在32位AlteraNiosIIRISC处理器软核上运行的UDP和1588软件协议栈。为了提供最佳的物理接口,该八端口交换机设计选用了国家半导体企业系统的4个双端口PHY收发器。 参考设计具有小于100ns的时钟同步能力,可用于各种应用。这种等级的精度对满足工业连接所需的苛刻通信延时和服务质量(QoS)要求来说是关键。目标应用包括采用Ethernet/IP、ProfiNet、EthernetPowerlink及其它以太网协议等不同工业标准的交换机。 延长产品生命周期 FPGA的可编程能力是上述设计优势的关键。从单一硬件平台出发,设计师可以很容易地实现支持不同工业以太网协议(如EtherCAT、ProfiNet等)的交换机。该开发板可支持同一系统内或来自相同以太网端口的不同工业以太网协议。 这是借助实现不同的媒体接入控制器(MAC)硬件模块和嵌入式处理器软件以支持不同以太网标准和IEEE1588功能来实现的。能方便地再利用以前设计的能力以及现成IP的可用性意味着与采用ASIC或ASSP器件的设计相比,基于FPGA的设计可在很短时间内生成一个支持新特性的配置。 FPGA从一个串行闪存内加载硬件配置和嵌入式处理器软件。在生产过程中甚至设备被交付到现场后,都可方便地通过改写闪存内容来改变FPGA的硬件和软件功能。 FPGA内的可编程硬件和软件处理能力意味着设计师可以通过作为硬件或软件的应用程序来整合所需的额外功能。通过简单地再编程FPGA就可实现新功能的能力是对产品未来的保证(如支持IEEE1588v2.0),还能非常快速地将新特性呈献给客户。 因为FPGA的生命周期很长,设备制造商完全不用担心潜在的器件终息风险。由于设计是基于IP的,所以将设计移植到下一代FPGA也比较方便,从而使设计师有可能从下一代FPGA产品可能更低的成本或更强的性能方面受益。加之容易进行现场升级的能力,使得FPGA实现成为很容易在整个产品周期内获得支持的产品开发的最佳方式。 该参考设计采用Altera的StratixIIFPGA,允许将全部Nios II处理器代码储存在片上存储器内,不过成本更低的系统可以采用Altera企业系统的Cyclone III系列FPGA器件实现。 嵌入式交换矩阵IP |