(495) 922-27-51

Применение Ethernet

Стандарт Ethernet широко распространен при организации сетей общего пользования. Часто в качестве сетевых серверов здесь используются специализированные устройства. В большинстве случаев такие устройства предоставляют услугу информационного характера или обеспечивают настройку удаленной аппаратуры и ее контроль. Удаленное управление с компьютера используется через Ethernet-подключение хоть и часто, но с оговорками, – поскольку Ethernet это сеть с ненормированными трафиком, задержками и надежностью. Если же говорить об обмене в реальном времени, то он не возможен в сетях общего пользования, и для него необходимо непосредственное подключение устройства и компьютера точка-точка.

В последнее время технологам Ethernet удалось достичь неплохих результатов для передачи потокового видео и звука, реализовать потоковую телефонию (VoIP) и многое другое, что ранее казалось не решаемым. Специалисты АО «ИнСис» также попытались приспособить Ethernet под свои задачи непрерывной передачи от систем сбора данных. Начиная с 2007 года решения Ethernet на скоростях 10, 100 и 1000 Мбит в секунду были осуществлены и предложены заказчикам.

Нельзя сказать, что все в этой области было сделано верно. Не сразу были получены требуемые характеристики. Несомненные успехи были, но в результате этих работ стало очевидным, что Ethernet требует от устройств существенных дополнительных ресурсов, как аппаратных, так и программных (алгоритмических). В новых разработках АО «ИнСис» применяет Ethernet-подключение только в решениях, использующих процессоры ARM с операционной системой Linux, где нет дефицита памяти и уже имеются в наличии хорошо отлаженные драйвера.

Ethernet (10/100)

Освоение Ethernet началось в 2007 году c появления вспомогательного модуля CCPU20 в варианте Ethernet 10BASE-T/100BASE-T. Этот модуль устанавливается в настоящее время на модули (ADM):

  • ADP101E1 с процессором ADSP-TS101 (Analog Devices)
  • AMB3UV4 с двумя ПЛИС Virtex4

Решение позволяло передавать на компьютер данные по протоколу TCP со скоростью в среднем 2 Мбайта/с (Ethernet 100BASE-T). Могло быть использовано только одно соединение TCP (один поток).

Ethernet (10/100/1000)

Переход к Гигабитным скоростям охарактеризовался разработкой вспомогательного модуля CCP1G. Первоначально в нем был поддержан только алгоритм , обеспечивающий одно потоковое соединение TCP. Потребность к увеличению гарантированной скорости была удовлетворена с переходом на протокол UDP, что в свою очередь не позволило решить всех вопросов надежности передачи. В 2013 году, наконец, произошел перелом: была разработана версия встраиваемого программного обеспечения и применена такая архитектура, которая обеспечивала надежную передачу в одном или двух потоках по протоколам TCP с общим трафиком 45 Мбайт/c.

Этот тип соединения в настоящий момент поддерживается двумя вспомогательными модулями CCP1G и CCP3G (V2.0), обеспечивающими подключение через разъем RJ-45 и обмен по медным парам проводов категории 3 в режимах 10BASE-T, 100BASE-T и 1000BASE-T. Модули CCP используются совместно со следующим поддерживающими модулями ADM:

  • ADP101E1 с процессором ADSP-TS101 (Analog Devices)
  • AMB3UV4 с двумя ПЛИС Virtex4

Специалисты АО «ИнСис» при разработке программного обеспечения для указанных модулей столкнулись с рядом не очевидных трудностей аппаратного характера. Так не удалось получить надежной работы, как это ни странно, на скоростях 10 и 100 Мбит в секунду. В то же время, эксплуатация соединений в режиме 1000BASE-T показала отличные характеристики.

Ethernet (1000Base-LX/SX/X)

Наряду с бюджетным подключением к Ethernet при помощи витой медной пары через разъем RJ45, в АО «ИнСис» разработан целый ряд изделий с использованием подключений через SFP-модули для оптоволоконной передачи. Существуют SFP-модули для одномодовых волоконных кабелей, многомодовых волоконных кабелей и Ethernet-кабеля с медными парами категории 3 и выше.

К таким изделиям относятся самостоятельные решения с поддерживающими платами ADM:

  • AMB3UV4 с двумя ПЛИС Virtex4

А также вспомогательные модули CCP2G (2xSFP), CCP3G (версий 1.0 и 2.0) в соответствующем исполнении, используемых в паре выносными модулями ADM:

  • ADP101E1 с процессором ADSP-TS101 (Analog Devices)
  • AMB3UV4 с двумя ПЛИС Virtex4

Передача данных через Ethernet на высоких скоростях, начиная от 1 Мбайта в секунду и выше, сопряжена с еще одной трудностью, не учитываемой в изделиях АО «ИнСис». Она связанна с особенностями самого Ethernet. Для каждого соединения TCP требуется буферизация в приемнике и передатчике в количестве достаточном, чтобы замирания пакетов не приводили к переполнениям и разрывам данных. Такие замирания могут быть до нескольких секунд в общей сети и нескольких десятков или сотен миллисекунд при подключении точка-точка. К сожалению АО «ИнСис» обеспечивает свои изделия только ограниченной памятью, которой достаточно для буферизации в течении нескольких миллисекунд (десятка миллисекунд). Более точное значение может быть получено в расчетах, учитывающих скорость обмена и наличия буферной памяти в конкретной реализации и задаче.

Дополнительно

АО «ИнСис» использует подключение Ethernet в некоторых изделиях с процессорами общего назначения ARM или ПЦОС. Эти интерфейсы поддерживаются программно операционной системой Linux или библиотеками производителей микросхем и могут быть применены пользователями модулей в создаваемых ими программах самостоятельно. Ethernet внедрен для этих целей в следующие изделия АО «ИнСис»:

  • FM403С – Процессоры Integra ARM + DSP TMS320DM8168
  • FM404V – ПЛИС Virtex4
  • FM408C – Процессор TMS320C6678