一种以太网终端设备制造技术

一种以太网终端设备，该设备包括至少三个处理器和至少两个数据缓存器，其中，第一处理器通过第一数据缓存器与第二处理器连接，其用于从接收到的数据中提取有效应用数据，并将有效应用数据通过第一数据缓存器传输给第二处理器；第二处理器通过第二数据缓存器与第三处理器连接，其用于运行实时操作系统，还用于将生成的应用数据通过第二数据缓存器传输给第三处理器；第三处理器用于将第二处理器发送来的应用数据按照预设数据帧格式进行打包并向外发送。该以太网终端设备能够实现数据接收与数据发送的同时进行，充分发挥了全双工以太网的特性，同时，该终端设备有效降低了自身内部各个处理器的运行负荷，并且提高了系统的实时性。

Ethernet terminal equipment

An Ethernet terminal device, the device comprises at least three processor and at least two data buffer, the first processor through a first data buffer is connected with the second processor, which is used for the data received from the extraction of effective application data, and the effective application of data transmission through the first data buffer to the second processor; processor second through second the data buffer is connected with the third processor, which is used for real-time operating system, but also for the application of data generated by the second data buffer is transmitted to the third processor; the third processor used in the application of data sent to the second processor according to the preset data frame format is packaged and sent out. The Ethernet terminal device can realize the data receiving and transmitting data at the same time, give full play to the characteristics of full duplex Ethernet at the same time, the terminal equipment can effectively reduce the operating load within each processor, and improves the real-time performance of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种以太网终端设备
本专利技术涉及数据通信
，具体地说，涉及一种以太网终端设备。
技术介绍
随着以太网在工业自动化领域逐渐取代现场总线，低成本、体积小、高性能的工业以太网终端节点设备的市场需求逐渐增大。基于通用微控制器的嵌入式以太网设备的实时协议只能用软件实现，无法达到较高的实时性。基于FPGA的嵌入式以太网设备可以实现定制硬件，从而实现较高的实时性。然而用FPGA中嵌入的软核处理器(以下简称“软核”)的性能较低，FPGA内嵌单个处理器的以太网设备在通信数据量较大的情况下，处理器的运行负荷较大。而在多核的平台上，实时协议处理和其他应用软件都以软件的形式在操作系统中运行，处理效率很低。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种以太网终端设备，所述设备包括至少三个处理器和至少两个数据缓存器，其中，第一处理器通过第一数据缓存器与第二处理器连接，其用于从接收到的数据中提取有效应用数据，并将所述有效应用数据通过所述第一数据缓存器传输给所述第二处理器；所述第二处理器通过第二数据缓存器与第三处理器连接，其用于运行实时操作系统，还用于将生成的应用数据通过所述第二数据缓存器传输给所述第三处理器；所述第三处理器用于将所述第二处理器发送来的应用数据按照预设数据帧格式进行打包并向外发送。根据本专利技术的一个实施例，在进行数据接收时，所述第一处理器配置为对接收到的数据进行实时协议处理后将处理得到的有效应用数据传输给所述第一数据缓存器，并通过外部中断通知所述第二处理器；所述第二处理器配置为在接收到所述外部中断后，将所述第一数据缓存器中存储的有效应用数据拷贝到自身内存中。根据本专利技术的一个实施例，所述设备还包括邮箱，所述第一处理器通过所述邮箱与所述第三处理器连接，所述第一处理器配置为根据所接收到的数据判断是否需要进行回复，如需要，则生成相应的回复数据，并将所述回复数据通过所述邮箱发送给所述第三处理器。根据本专利技术的一个实施例，在进行数据转发时，所述第一处理器配置为将需要转发的数据通过所述邮箱传输给所述第三处理器。根据本专利技术的一个实施例，所述设备还包括第三数据缓存器，所述第三数据缓存器连接在所述第一处理器与第三处理器之间，其中，在进行数据转发时，如果需要转发的数据量小于预设数据量，所述第一处理器配置为将需要转发的数据通过所述邮箱传输给所述第三处理器；如果需要转发的数据量大于或等于预设数据量，所述第一处理器配置为将需要转发的数据通过所述第三数据缓存器传输给所述第三处理器，并将需要转发的数据的数据长度通过所述邮箱传输给所述第三处理器。根据本专利技术的一个实施例，所述第一处理器配置为根据接收到的数据先判断是否需要进行数据的回复，再判断是否需要进行数据的转发。根据本专利技术的一个实施例，在进行数据发送时，所述第三处理器配置为采用轮询的方式依次查询所述邮箱、第三数据缓存器和第二数据缓存器，并将所述邮箱、第三数据缓存器或第二数据缓存器中的数据拷贝到自身内存中，所述第三处理器还将自身内存中存储的数据按照预设数据帧格式进行打包并向外发送。根据本专利技术的一个实施例，所述至少三个处理器、三个数据缓存器和邮箱集成在同一封装壳体内。根据本专利技术的一个实施例，所述设备还包括第一以太网控制器和第二以太网控制器，其中，所述第一以太网控制器与所述第一处理器连接，所述第二以太网控制器与所述第三处理器连接。根据本专利技术的一个实施例，所述设备还包括第一以太网物理层芯片和第二以太网物理层芯片，其中，第一以太网物理层芯片与所述第一以太网控制器连接，所述第二以太网物理层芯片与所述第二以太网控制器连接。本专利技术所提供的以太网终端设备采用了至少三个处理器的架构，每个处理器均能够独立运行，从而形成了非对称多核架构。其中，为了减少数据发送与数据接收之间的相互干扰，本专利技术将实时协议的数据发送部分配置在了第一处理器中运行，而数据接收部分则配置在了第三处理器中运行。与之对应地，实时协议栈软件也分成了数据发送和数据接收两部分。由于将实时协议栈的处理卸载到了两个处理器(即第一处理器和第三处理器)中，因此用于运行应用软件的处理器(即第二处理器)的中断处理会大大减少。同时，由于运行实时协议栈的两个处理器并没有直接操作底层硬件资源，这样也就没有操作系统的参与，因此相较于现有的以太网终端设备，该以太网终端设备的实时协议栈的处理效率将得到有效提高。本专利技术所提供的以太网终端设备能够实现数据接收与数据发送的同时进行，充分发挥了全双工以太网的特性，同时，该终端设备有效降低了自身内部各个处理器的运行负荷，并且提高了系统的实时性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是根据本专利技术一个实施例的以太网终端设备的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的以太网终端设备数据接收过程的流程图；图3是根据本专利技术一个实施例的以太网终端设备数据发送过程的流程图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。工业以太网是通过以太网来实现工业自动化和产品机械控制中实时可靠的通信。以太网的应用范围、实用性和易用性，以及工厂系统和公司网络相集成的压力，促使工业开发人员开发基于以太网的工业连网解决方案，工业以太网能够兼容工业现场总线通信方案，甚至能够替代它。工业控制网络传递信息是以引起物质或能量的运动为最终目标。因此，用于测量和控制的数据通信的主要特点是具有很高的可用性、很高的数据完整性，且需要在有电磁干扰和地电位差的情况下能够正常工作，以及能够兼容工厂内专用的传输线等。其中，最主要的要求是网络通信的高实时性。目前有很多基于以太网的工业通信协议，每种协议都有自己的优缺点。部分协议已经标准化，或者“开放”，任何开发人员都可以实施这些协议。然而很多工业以太网协议需要额外的定制软件，大部分高性能协议还需要定制硬件。为了提高网络设备的实时性，可以通过定制硬件或者采用多核处理器的方式来实现。随着处理器技术的不断发展，多核处理器成了提升系统性能的有效手段。相对于单核系统来说，虽然多核系统的每个处理器的主频较低，但是多个处理器核心可以通过串行、并行、混合流水线等结构对不同的应用进行优化，这样既可以充分发挥处理器的性能，又能提高应用程序的执行效率。在操作系统中运行实时协议时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以太网终端设备，其特征在于，所述设备包括至少三个处理器和至少两个数据缓存器，其中，第一处理器通过第一数据缓存器与第二处理器连接，其用于从接收到的数据中提取有效应用数据，并将所述有效应用数据通过所述第一数据缓存器传输给所述第二处理器；所述第二处理器通过第二数据缓存器与第三处理器连接，其用于运行实时操作系统，还用于将生成的应用数据通过所述第二数据缓存器传输给所述第三处理器；所述第三处理器用于将所述第二处理器发送来的应用数据按照预设数据帧格式进行打包并向外发送。

【技术特征摘要】
1.一种以太网终端设备，其特征在于，所述设备包括至少三个处理器和至少两个数据缓存器，其中，第一处理器通过第一数据缓存器与第二处理器连接，其用于从接收到的数据中提取有效应用数据，并将所述有效应用数据通过所述第一数据缓存器传输给所述第二处理器；所述第二处理器通过第二数据缓存器与第三处理器连接，其用于运行实时操作系统，还用于将生成的应用数据通过所述第二数据缓存器传输给所述第三处理器；所述第三处理器用于将所述第二处理器发送来的应用数据按照预设数据帧格式进行打包并向外发送。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在进行数据接收时，所述第一处理器配置为对接收到的数据进行实时协议处理后将处理得到的有效应用数据传输给所述第一数据缓存器，并通过外部中断通知所述第二处理器；所述第二处理器配置为在接收到所述外部中断后，将所述第一数据缓存器中存储的有效应用数据拷贝到自身内存中。3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括邮箱，所述第一处理器通过所述邮箱与所述第三处理器连接，所述第一处理器配置为根据所接收到的数据判断是否需要进行回复，如需要，则生成相应的回复数据，并将所述回复数据通过所述邮箱发送给所述第三处理器。4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，在进行数据转发时，所述第一处理器配置为将需要转发的数据通过所述邮箱传输给所述第三处理器。5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第三数据缓存器，所述第三数据缓存器连接在所述第一处理器与第三处理器之...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋国涛，任懋华，刘群欣，唐军，周学勋，全清华，陆琦，张泰然，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43