基于以太网的硬实时通信协议的设计与实现

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实时通信系统的主要需求是消息传输的可预测性和操作的灵活性。大多数的实时通信系统都是依赖现场总线进行互联的。但现场总线有三个主要问题。现在随着节点数量和功能的增加,和动态环境的要求,已经把现场总线推向了它的极限。以太网是个理想的替代品,它有着高速率、低成本、安装方便和良好兼容性的优点。但是由于使用CSMA/CD和存储转发机制,这使得它不能提供确定性的点对点的延迟。为了解决以上的问题,本文给出了一种基于以太网的硬实时通信协议TTEP。已有的改进方法,或者需要特殊硬件,或者提供的是概率性的时限保证,或者是不能适应网络需要的动态变化。而TTEP没有修改相应的硬件。该协议使用主从传输控制技术,在线调度和在线接纳控制机制。基于消息的TTEP协议,能够提供确定的硬实时通信。TTEP协议不仅调度消息的传输,而且调度消息的生产,并且在保证时限的前提下支持通信请求的动态变化,支持节点和消息的在线加入和移出。把非周期消息直接或者间接的转换为周期消息处理。TTEP协议原型在AMD Athlon(tm)64计算机上给予了实现,运行的是Linux-2.6.15系统。把一些中断例如APIC和网卡中断的中断处理程序直接注册在中断描述符表中,这样可以得到确定的中断响应时间。为了获得精确的传输时刻,使用了Local APIC定时器。实验表明,该协议不仅能够保证通信的时限要求,带宽利用率高,而且能够满足网络通信需求的动态变化,支持动态加入和移除节点和消息。然而,还有一些不足和需要改进的地方。进一步的相关工作是如何保证较小的抖动。
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