[实用新型]一种兼容可定义确定性通信以太网的网卡设备

说明书

本实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的网卡设备，其连接于电脑端，实现以太网中电脑端与交换机之间的确定性通信，其包括一主控模块、一电源模块、一存储模块、一串行通信模块、若干物理层芯片以及若干网络变压器，当需要发送网络消息时，由当前电脑端产生的网络消息经过所述串行通信接口发送至主控模块，主控模块判断消息类型后在相应时域定时发出对应消息至交换机，当需要接收网络消息时，由主控模块从交换机接收网络消息处理后通过串行通信接口传输至电脑端。

技术领域

本实用新型涉及一种网卡设备，尤其涉及一种兼容可定义确定性通信以太网的网卡设备。

背景技术

随着中国制造2025的临近以及两个十五年规划的提出，进一步发展实体产业并实现产业的优化升级迫在眉睫。二十一世纪信息技术的爆发式发展，也为传统工业带来了新的机遇和挑战。而工业4.0的产业数字化转型是以云计算与边缘计算等多种技术能够协同工作的基础的，这就对工业通信领域提出了更高的要求。

以太网相比其他现场总线因较高的带宽和较强的灵活性，在工业生产过程控制场合得到了越来越广泛的应用，但由于以太网的洪泛转发机制导致易拥塞及网络延时大等问题，工业实时控制中必需建设专网，通过网关再与管理信息的以太网链接，会容易形成瓶颈阻碍控制和管理信息的深度融合，降低工业生产过程快捷响应能力。

在此背景下，为了改进以太网的时延和拥塞现象，一系列基于时间同步的高实时性网络概念如时间触发网络TTE和时间敏感网络TSN等被提出。这些网络都是通过如IEEE1588、AS6802等时间同步协议，对整个网络的时间进行全局同步，依据同步的全局时间进行分时调度发送，从而确保关键信息传输的确定性，减少丢包率，提高网络报文实时性。另一方面，这些具有高确定的网络一般都是根据实际应用场景高度定制化的静态网络，使用环境改变时需要重新配置，操作复杂，成本较大且灵活性低。

除针对网络确定性的实时性网络外，在商业以太网的应用中有一种针对网络灵活性的软件定义以太网SDN技术。传统数据交换设备一般由控制面、数据面及管理面组成，而管理面与控制面总是具有较高的耦合性，SDN就是为了将控制面从原先架构中分离出来，形成了应用层、控制层及转发(数据)层三层架构。这样做的好处是可以简化交换设备使其成为受远程软件控制的转发装置，使得网络配置和故障响应都变得更加容易。

基于开发可定义确定性通信的以太网需求，提升网络灵活性、实时性/可确定性以及兼容性，为此需要提出一种兼容可定义确定性通信以太网的网卡设备。

实用新型内容

本实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的网卡设备，其基于时间同步与消息时域定义，实现以太网中电脑端与交换机之间的可定义确定性确定性通信。

本实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的网卡设备，其连接于电脑端，实现以太网中电脑端与交换机之间的确定性通信，其包括一主控模块、一电源模块、一存储模块、一串行通信模块、若干物理层芯片以及若干网络变压器，当需要发送网络消息时，由当前电脑端产生的网络消息经过所述串行通信接口发送至主控模块，主控模块判断消息类型后在相应时域定时发出对应消息至交换机，当需要接收网络消息时，由主控模块从交换机接收网络消息处理后通过串行通信接口传输至电脑端，其中，所述主控模块用于协议封装与解析、全局/区域时钟校准、网络报文缓存、串行通信、网络消息定时触发；所述存储模块包括SD卡、FLASH、SRAM或DDR，用于存储系统bootloader、文件系统以及临时数据；所述串行通信模块包括PCI、PCIe、USB，负责主控模块与电脑端的通信；所述物理层芯片用于物理链路的创建、维持或拆除；所述网络变压器用于网络设备的电气隔离、噪声抑制。

优选的，所述主控模块基于时钟校准模块进行全局/区域时钟校准，该时钟校准模块为主控模块提供时钟同步和网络报文时间戳。

优选的，所述时钟校准模块包括一全局时间寄存器、一周期时间寄存器、一时间校正寄存器、一时间步长寄存器、二时间戳寄存器、一周期寄存器及若干触发时间寄存器。