Beschreibung

Verfahren zur Stempelung beliebiger Ethernet-Frames in Verbindung mit Standard-Ethernet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einbringung eines Stempels in beliebige Ethernet-Frames in Verbindung mit einem Standard-Ethernet-Controller .

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung kommt in lokalen Netzwerken, insbesondere in verteilten Systemen in der Automation, für die eine präzise Zeitbasis wichtig ist, zum Einsatz. Unter Automatisierungssystemen sind hier Systeme zu verstehen, welche mit Hilfe technischer Mit- tel bestimmte Operationen ohne Einflussnahme des Menschen teilweise oder ganz nach vorgegebenen Programmen durchführen. Operationen bezeichnen in diesem Zusammenhang z.B. Fertigungsprozesse, Montageprozesse, Transportprozesse, Prozesse zur Qualitätskontrolle etc., die insbesondere im industriel- len Umfeld ablaufen.

Eine hochgenaue Synchronisation am Ethernet wie durch das in IEEE 1588 spezifizierte Precision-Time-Protocol (PTP) benö ^¬ tigt eine Zeitstempelung der Ethernet-Telegramme zum Emp- fangszeitpunkt . Eine Verlängerung der Telegramme, um den Stempel anzufügen, wird von den Media-Access-Controllern (MACs) nicht unterstützt.

Die bekannten Lösungen legen den Zeitstempel als Präfix oder als Postfix am Ethernet-Frame ab, wodurch Standard-Ethernet- Controller nicht mehr verwendet werden können. Dieses Problem wird durch eine zusätzliche Hardware proprietär gelöst, die üblicherweise am Media-Independent-Interface (MII) zwischen einem Ethernet-Controller und einem „Physical Layer" (PHY) angeschlossen wird.

Aus US 2003/0115369 Al ist ein Verfahren bekannt, bei dem ei ^¬ ner Vielzahl von an einem Netzwerk angeschlossenen Geräten

mittels eines „Zeitraum-Paketes", das den Anfang eines Frames mit einer Vielzahl von Zeitfenstern kennzeichnet, die besagten Zeitfenster zusammen mit einem Offset und der Dauer des jeweiligen Zeitfensters zugewiesen werden, während der Pakete auf das Netzwerk gesendet werden dürfen. Die „Zeitraum- Pakete" selbst sind dabei z.B. Standard-Ethernet-Frames, wo ^¬ bei die Informationen über die Zeitfenster gewissermaßen die Anwendungsdaten des Ethernet-Frames darstellen. Die eigentli ^¬ che Zeitstempelung zur Synchronisation erfolgt hierbei durch einen Regler, der die in einem Bus-Adapter des jeweiligen Gerätes ankommenden „Zeitraum-Pakete" mit einem Zeitstempel versieht, nachdem der im Adapter enthaltene Media-Access- Controller die Header der Ethernet-Frames entfernt hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beliebige Ethernet- Frames mit einem Stempel, insbesondere einem Zeitstempel zu versehen, wobei durch den allgemeinen Ethernet-Standard IEEE 802.X definierte Standard-Ethernet-Controller verwendbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Einbringung eines Stempels in beliebige Ethernet-Frames in Verbindung mit einem Standard-Ethernet-Controller gelöst, wobei der Ethernet- Controller in einem so genannten RAW-Mode betrieben wird, in dem z.B. keine Filterung auf eine Media-Access-Control (MAC)- Zieladresse durchgeführt wird, und der Stempel in einen Be ^¬ reich der MAC-Zieladresse des Ethernet-Frames eingetragen wird.

Diese Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zur Einbringung eines Stempels in beliebige Ethernet-Frames in Verbin ^¬ dung mit einem Standard-Ethernet-Controller gelöst, wobei die Vorrichtung zwischen einem in einem so genannten RAW-Mode, in dem z.B. keine Filterung auf eine Media-Access-Control (MAC)- Zieladresse durchgeführt wird, betriebenen Ethernet-

Controller und einem „Physical Layer" (PHY) vorgesehen ist und Mittel zur Eintragung des Stempels in einen Bereich der MAC-Zieladresse des Ethernet-Frames enthält.

Jeder Ethernet-Controller unterstützt den so genannten RAW- Mode, in dem die Prüfungen des Ethernet-Telegramms auf ein Minimum beschränkt sind. Betreibt man den Ethernet-Controller in diesem Mode und verlagert die Prüfung der MAC-Zieladresse in die Vorrichtung zur Stempelung beliebiger Ethernet-Frames, so steht die MAC-Zieladresse mit ihren 6 Byte für den Stempel zur Verfügung. Durch den gewählten Ort der Vorrichtung zwischen Ethernet-Controller und PHY kann die Vorrichtung den Datenstrom zwischen Ethernet-Controller und PHY beliebig manipulieren.

In einer besonders vorteilhaften Form der Ausführung sind für den Stempel vier Byte der sechs Byte langen MAC-Zieladresse vorgesehen, während die restlichen zwei Byte die Original- MAC-Zieladresse kodieren, wodurch der volle Funktionsumfang der MAC-Zieladresse, wie z.B. mehrere Unicast-Adressen oder zusätzliche Multicast-Adressen, erhalten bleibt, da durch eine Software an jedem Ethernet-Controller der Stempel ent- nommen und der Ethernet-Frame wieder mit der Original-MAC- Zieladresse versehen werden kann.

In einer ebenso vorteilhaften Form der Ausführung ist die Vorrichtung ebenso wie der PHY über Lesen und Schreiben durch das Seriell-Management-Interface- (SMI-) Protokoll des in dem allgemeinen Ethernet-Standard IEEE 802. X vorgeschriebenen Me- dia-Independent-Interface (MII) steuerbar, durch das ein Ad ^¬ ressraum von 32x32x2 Byte Lesend und Schreibend adressierbar ist, und für ihre Steuerung z.B. der Adressraum (28-31)xYYx2 Byte vorgesehen ist, wodurch noch weitere 28 PHYs [ (0- 27)xYYx2 Byte] ansteuerbar bleiben.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung Mittel zur Eintra ^¬ gung des Zeitstempels für das in IEEE 1588 spezifizierte Pre- cision-Time-Protocol (PTP) auf. Diese Funktionalität steht an jedem denkbaren Ethernet-Controller mit SMI zur Verfügung.

Bei vielen Protokollen für Ethernet sind Multicast-Telegramme vorgesehen. Dabei ist die Vorrichtung vorteilhafterweise als Vorfilter zur Lastreduktion am lokalen Interface verwendbar.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1 Vorrichtung zur Stempelung beliebiger Ethernet-

Frames zwischen Ethernet-Controller und Physical Layer

FIG 2 Einen nach dem allgemeinen Ethernet-Standard IEEE 802.X definierten Ethernet-Frame

FIG 1 zeigt eine Vorrichtung zur Stempelung 1 beliebiger E- thernet-Frames zwischen einem beliebigen Ethernet-Controller 2 (z.B. TriCore oder Net-Arm) und einem beliebigen Physical Layer 3 (z.B. Intel oder AMD) . Jeder Ethernet-Controller unterstützt das in dem allgemeinen Ethernet-Standard IEEE 802. X vorgeschriebene Media Independent Interface (MII) 5 mit sei ^¬ nem Seriell Management Interface (SMI) 4. Die Steuerung der Vorrichtung zur Stempelung 1 erfolgt wie die des Physical Layer 3 über Lesen und Schreiben durch das SMI-Protokoll .

FIG 2 zeigt einen nach dem allgemeinen Ethernet-Standard IEEE 802.X definierten Ethernet-Frame. Dabei zählt das Präambel- Feld schon dem Namen nach nicht zum eigentlichen Ethernet- Frame, ebenso wie der sich anschließende Start Frame Delimi- ter (SFD) , der mit der Sequenz 10101011 den Beginn des ei- gentlichen Ethernet-Frames markiert. Dieser beginnt mit der im erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Media-Access- Control- (MAC-) Zieladresse und der darauf folgenden MAC- Quelladresse . Die Länge des optionalen VLAN-Feldes variiert je nach Standard und beträgt z.B. in der IEEE 802. IQ-Norm 4 Bytes. Das eigentliche Daten-Feld hat eine Mindestlänge von 46 Byte, ihm folgt die Frame Check Sequence (FCS) , die den Ethernet-Frame beschließt. Sie enthält einen Wert, der mit ^¬ tels eines Cyclic Redundancy Checks berechnet wird.

Durch den gewählten Ort am MII ist das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung unabhängig von der physikalischen übertragungsart, Glasfaser oder Kupfer, und von der übertragungsgeschwindigkeit, 10 MBd bis 10 GBd, da in allen Betriebsarten ein MII bzw. GMII im allgemeinen Ethernet- Standard IEEE 802. X definiert ist.

Weitere Vorteile der genannten Ausführungsformen liegen in der einfachen Hardware-Integration, den geringen Kosten und in den vielen Nutzungsmöglichkeiten.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Stempelung beliebiger Ethernet-Frames . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beliebige Ethernet- Frames mit insbesondere einem Zeitstempel zu versehen, wobei nach IEEE 802. X definierte Standard-Ethernet-Controller verwendbar sind. Diese Aufgabe wird durch eine neuartige Methode derart gelöst, dass zwischen einem im RAW-Mode betriebenen Ethernet-Controller und einem „Physical Layer" der Stempel in einen Bereich der Media-Access-Control (MAC) -Zieladresse ab ^¬ gelegt wird, während die Original-MAC-Zieladresse vorteil ^¬ hafterweise in dem verbliebenen Bereich kodiert wird.