时间敏感网络芯片集成验证关键技术研究与实现

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时间敏感网络(TSN)在智能制造、工业物联网等领域有着广泛的应用前景。针对特定应用场景的TSN网络设计将是支撑TSN规模化部署的关键,TSN网络验证不仅要将符合TSN规范的典型应用集成到验证环境中,同时应获取大量的状态以对网络的运行状态进行监测,因此必须构造包含背景流注入、晶振行为模拟、跨域数据转换以及状态监测的集成验证环境对TSN网络的正确性进行验证。构造集成验证环境在晶振行为控制、数据跨域转换等方面存在技术挑战,现有的验证方案中还没有很好的解决。网络验证的相关研究中,主要有基于FPGA阵列验证以及基于不同仿真验证工具软件进行混合集成验证的方法。基于FPGA构建TSN网络具有处理性能高的特点,这种方法调试周期长,对晶振行为造成的现象难以捕捉和验证;基于不同仿真验证工具进行集成验证虽然高效,但入门门槛较高。TSN网络集成验证环境中不同部件的时间基准、对报文处理的实时性要求、工作方式以及角色存在着差异,本文对TSN网络集成验证的关键技术展开研究,主要工作与创新点包括:1、提出了时间敏感网络跨域协同验证模型(CDCV),该模型集成了TSN网络集成验证中的墙钟时间域与仿真时间域。跨域数据交换通过协同验证网关(CVGate)实现,可对TSN芯片组网后的时间同步精度和应用端到端延时确定性等关键指标进行验证。2、对实现CDCV的关键技术进行研究。基于跨域时间同步方法实现应用与仿真时间敏感网络的时间同步。采用了协同验证网关(CVGate)这一关键技术实现了TSN网络验证环境中不同域之间的数据交换。通过晶振行为仿真模块实现对晶振频率的控制,可进行晶振行为的模拟。3、通过实验对所提关键技术的功能正确性进行了验证,在仿真软件中构建了TSN环形拓扑场景,设计了相应测试案例验证了设计的芯片“枫林一号”。提出了迟滞比这一概念,并对仿真的性能进行了分析。对影响仿真性能的因素做了详细的说明,为后续的研究中提升仿真效率提供了思路。综上所述,为了解决目前TSN网络设计验证环节存在的不足,本文提出了时间敏感网络跨域协同验证模型,对实现这一模型的关键技术展开研究,通过测试案例进行了验证。对提升整体验证效率发挥了重要作用。
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