[发明专利]一种多模式确定性数据处理装置及方法

说明书

本发明公开了一种多模式的确定性数据处理装置及方法，主要为了解决时间敏感网络的数据确定性传输问题，同时为了保证传统的工业设备的兼容性使用，通过提出一种多模式的确定性数据处理装置，在CPU模式下主要适用于现场级端设备的数据上行传输的确定性功能实现；在非CPU模式下主要适用于工厂级网络的数据交换功能。通过实现不同模式的配置，能够有效的在现有的工业设备中进行改造升级，使得网络中的数据传输可靠性、安全性和实时性得到提升。

技术领域

本发明涉及工业控制系统的时间敏感网络技术领域，具体涉及一种多模式确定性数据处理装置及方法。

背景技术

工业物联网（IIoT）的发展时代遇到各种各样的困境，其中最典型的难题在于工业现场级环境有非常丰富的现场总线和各种应用协议，导致了IT层对现场的数据访问必须通过各异的驱动程序或者增加不同协议之间转换设备，同时在一个传统的网络域中，不同设备之间的数据传输的实时性和可靠性较低，难以消除了在横向集成中的网络障碍。随着工业互联网技术的发展，系统中涉及的一些安全相关类数据，有低延迟和高确定性的需求，同时安全相关类数据对于丢帧或者误传的容忍度要求越来越低，传统工业现场的传输复杂性问题，使得IIoT、智能制造推进中的IT和OT融合难以完美实现。

传统的工业现场级设备的数据传输是基于QoS传输的，对数据传输的实时性比较有限，数据传输的可靠性较低，随着现场层面接入的设备越来越多，可用带宽和不同流量类型共存成为工厂骨干网络上行信道的一个重要问题。当时间关键型流量和后台流量共享相同的网络基础设施时，标准以太网就无法提供可靠的实时保证。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多模式确定性数据处理装置及方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多模式确定性数据处理装置，包括CPU以及与CPU连接的POR模块、时钟管理模块、电源管理模块、存储模块、数据接口、调试接口、DDR模块、TSN Switch、TSN网口、DP接口；

所述POR模块为上电复位配置模块，用于设备的初始化管脚功能配置，实现设备按照预先设计的管脚的功能启动；

所述装置具有5个外部接口MAC0、swp0、swp1、swp2、swp3；所述CPU具有4个内部的以太网控制器Eth0、Eth1、Eth2、Eth3；Eth0与MAC0通过SGMII接口连接；swp0、swp1、swp2、swp3通过QSGMII接口与TSN Switch内部的控制器连接，TSN Switch内部的控制器与CPU的Eth2和Eth3连接。

作为优选，所述的存储模块包括NAND/NOR存储、SD存储和eMMC存储，用于存储设备的bootloader、kernel、文件系统和工具包，为设备运行提供操作系统文件。

作为优选，所述的数据接口用于进行对外数据交换，其包括有线接口和无线接口，有线接口包括USB TypeA、USB TypeC、RS232、CAN，无线接口包括4G/WIFI。

作为优选，所述的CPU采用Cortex-A72，主频为1.3GHz，64位1MB L2缓存，并带有ECC保护；时钟管理模块和电源管理模块用于为设备的正常运行提供标准时钟和电源，以及保证电源的上下电时序满足设备的要求；调试接口模块为JTAG接口，用于为CPU提供对外调试接口；DDR模块主频为1.6GT/S，用于提供外设接口与CPU的数据计算处理；DP接口模块主用于视频数据的处理转换。

本发明还提供了一种多模式确定性数据处理方法，包括CPU模式和非CPU模式，在CPU模式下，用户将使用交换机端口的网络设备接口或网桥接口，采用帧注入和帧解析功能，将用户自定义的时间敏感网络功能加入到常规的以太网报文中；在非CPU模式下，设备不具备将常规以太网数据包转换成时间敏感网络报文的功能，用户需使用同样的对端网口发送和接收报文。