利用FPGA实现工业以太网交换机设计优化

在许多实时系统实现中，以太网包数据传输延时对正常的系统运作来说是个重要参数，而以太网PHY内固定或可变的发送或接收延时将成为系统延时计算中的重要组成部分。

PHY收发器的设计以限制接收数据延时的变化为出发点，这样就可提供非常确定的系统延时。因为接收数据与接收时钟对齐，所以规避了器件接收数据时通常会遇到的非确定性因素。因此在MII和RMII模式时器件可以提供极具确定性的接收数据延时。另外，收发器能够减少发送RMII延时中常见的非确定可能性。

另一个重要的设计特性是内置的电缆诊断功能，该特性给收发器采用的传统时域反射(TDR)方法增加了前瞻性的诊断功能。新创的故障隔离功能可以借助收发器的强大信号处理能力在数据传送的同时跟踪链路质量。这种极具鲁棒性的TDR实现方法是将脉冲从接收或发送导线对送出，并观察这两个线对上的结果。通过观察每对线上的反射信号类型和强度，并通过软件计算即可确定电缆的短路和开路状况、故障点的距离，并确定哪一对有问题以及线对偏移。积极主动地监测并修正变化或恶化的链接质量可缩短系统的停歇时间，节省昂贵的维修费用。该功能还可检测安装时发生的故障，节省大量的调试工时。

本文小结

工业以太网技术一直在进步，并越来越普及，而设计师面临着对高性价比工业交换机日益强劲的需求。基于ASIC和ASSP的交换机因其架构固定，所以实际上没有余地定制出新的系统特性。为了增加特性设计一般要推倒重来，此举会导致额外的设计时间和成本支出。但如上所述的支持IEEE 1588交换机的FPGA设计可节省6到9个月的工程时间，并提供给设计师梦寐以求的灵活性，帮助他们实现精确定时协议（PTP）、 支持多个工业以太网标准、额外的标准接口或者其它可能的定制特性。