Как быстро передавать данные через Ethernet, Поток данных порядка 100+ мбайт/сек Опции

[jur]

Приветствую!

Никогда на практике не сталкивался с передачей данных по сети Ethernet. И вот...

Задача довольно простая. Имеется устройство (нашей разработки), которое с помощью
ПЛИС снимает данные со 128 датчиков. Затем эти данные нужно передать в компьютер
для последующей обработки.

Имеется два основных требования, которые ставят меня в тупик:

1. Скорость поступающих данных 100+ мбайт/сек. (не мбит!).
2. Расстояние от устройства до компьютера 100-300 метров.
3. Соединение типа точка-точка.

Исходя из этих требований я подумал, что на такое расстояние при такой скорости
входных данных нужно использовать канал передачи Ethernet. Причем, с оптическим
кабелем.

Далее. Примерно прикинул, что канала на 1 Гигабит должно хватить. Данные передавать
по протоколу UDP (я прочитал, что он обеспечивает максимальную скорость передачи).
В нашем устройстве не хотелось бы использовать какую-то серьезную аппаратную часть
(типа PC-материнки). Было бы желательно обойтись просто чем-то вроде RTL80xx или
подобным, с минимальной дополнительной обвязкой. Может быть поставить простой
микроконтроллер для конфигурирования всего этого хозяйства.

На компьютерной стороне у заказчика стоит PC с Виндой. Мне нужно будет написать
простую DLL-ку, которая примет поток данных и положит их куда прикажут (в файл на диск,
запихнет в Memory Mapped File и т.п.).

Исходя из вышеизложенного имеются следующие вопросы:

1. На какую аппаратную базу в устройстве следует закладываться? Видимо примененная
микросхема продиктует требуемый протокол передачи? Наверное устройства вроде W5300
фирмы WIZnet не подойдут по скорости, а другие не имеют аппаратной реализации TCP, UDP?

2. Как под Виндой получать переданные данные? Понятно, что TCP, UDP можно получать
с помощью Winsock, а если протокол более низкого уровня, тогда чем? Тем же Winsock-ком?

Спасибо!

[jur]

Однако... Все не так радужно, как мне мечталось... Похоже, что эта AX88180 - единственная на Гигабитную скорость с таким удобным интерфейсом. Черт! Наверное придется использовать альтеровскую мегафункцию (или мегафункции).

Варианты:

1. Установить внутри ПЛИС готовую мегафункцию Ethernet MAC. Настораживает величина стоимости такой мегафункции. Подскажите пожалуйста, сколько эта радость стоит?

2. Использовать Cyclone V со встроенной PCIe внутри. Дополнительно установить внешнюю микросхему Ethernet MAC. Таких чипов достаточно много, есть и двухканальные (что мне как раз и нужно). Что плохо: для того, чтобы выкопать ямку для цветочка приходится вместо совочка использовать шагающий экскаватор... (Это касаемо интерфейса ПЛИС<->Ethernet чип.)

В общем, лишний раз подтверждается, что свой хлеб инженеры едят далеко не зря...

[RobFPGA]

Приветствую!

1. Установить внутри ПЛИС готовую мегафункцию Ethernet MAC. Настораживает величина стоимости такой мегафункции. Подскажите пожалуйста, сколько эта радость стоит?
2. Использовать Cyclone V со встроенной PCIe внутри. Дополнительно установить внешнюю микросхему Ethernet MAC. Таких чипов достаточно много, есть и двухканальные (что мне как раз и нужно). Что плохо: для того, чтобы выкопать ямку для цветочка приходится вместо совочка использовать шагающий экскаватор... (Это касаемо интерфейса ПЛИС<->Ethernet чип.)

Я понимаю что "нормальные герои всегда идут в обход" но ЗАЧЕМ все пытаться усложнить?!. Так как для PCe нужны такие-же MGT как и для подключения к SFP то надо сразу все в FPGA и делать. - Хотите сэкономить на покупке мегафункции? Тогда надо чуть больше заплатить инженеру чтобы он не только хлебом питался Например можно взять MAC корку и на opencores и допилить для своих нужд.

Но вообще мне кажется тут для начала нужен комплексный анализ требований ко ВСЕЙ системе и вариантов ее построения.
Поскольку вариантов построения может быть масса включая и немного экзотические - например использование что то типа TLK1221
С одной стороны простой параллельный интерфейс - а с другой MGT как раз в SFP. И к тому же на халяву сэмплы шлют
Ну а пакеты инженер сформирует с помощью FSM за банку варенья и ящик печенья

Успехов! Rob.

[jur]

Я понимаю что "нормальные герои всегда идут в обход" но ЗАЧЕМ все пытаться усложнить?!. Так как для PCe нужны такие-же MGT как и для подключения к SFP то надо сразу все в FPGA и делать. - Хотите сэкономить на покупке мегафункции?

Так я как раз и пытаюсь упростить работу! :-) Т.е. не делать MAC самому, а поставить готовую микросхему за пару десятков у.е. Что касается мегафункции, то если за мегафункцию Ethernet MAC нужно выложить 30 000$, а блок PCe уже стоит внутри ПЛИС бесплатно, то выбор очевиден...

Но вообще мне кажется тут для начала нужен комплексный анализ требований ко ВСЕЙ системе и вариантов ее построения.

Совершенно справедливо. Поэтому в самом первом посте я детально обрисовал требования к системе, и в последующих постах их уточнил. Т.е. система крайне проста: есть устройство, генерирующее поток данных порядка 100 Мбайт в секунду. После съема данных со всех 128 датчиков (это занимает примерно 2 секунды) допустима небольшая пауза (порядка 250-500 мсек). Моя задача состоит в том, чтобы максимально просто организовать передачу этих данных в компьютер по оптоволоконному кабелю (или двум кабелям) с помощью Ethernet. (Ничем иным это, видимо, не сделаешь.) Естественно, что мне совсем не хочется городить в устройстве что-то большое, сложное и дорогое.

Поскольку вариантов построения может быть масса включая и немного экзотические - например использование что то типа TLK1221
С одной стороны простой параллельный интерфейс - а с другой MGT как раз в SFP. И к тому же на халяву сэмплы шлют.

Интересная мысль, спасибо! Только я не понял, почему там 10 бит на слово данных? Наисано, что "IEEE 802.3 Gigabit Ethernet Compliant", а что это означает - неясно... Надо будет повнимательнее даташит почитать...

Ну а пакеты инженер сформирует с помощью FSM за банку варенья и ящик печенья

Так я и должен буду формировать :-)

Спасибо за помощь!

P.S. На входе эта микросхема ожидает 8b/10b encoded data, т.е. это, типа, выходной "кусок" Ethernet MAC? Интересно... Может входную часть этого MAC'а будет несложно реализовать?...

[RobFPGA]

Приветствую!

Интересная мысль, спасибо! Только я не понял, почему там 10 бит на слово данных? Наисано, что "IEEE 802.3 Gigabit Ethernet Compliant", а что это означает - неясно... Надо будет повнимательнее даташит почитать...

P.S. На входе эта микросхема ожидает 8b/10b encoded data, т.е. это, типа, выходной "кусок" Ethernet MAC? Интересно... Может входную часть этого MAC'а будет несложно реализовать?...

Нет это просто внешний MGT - MAC и PCS\PMA надо будет самому делать. Опять же - всего пара FSM .
Но это в любом случае будет проще чем рулит внешним Ethernet PCIe чипом через встроенный PCIe root-complex

Успехов! Rob.

[jur]

Нет это просто внешний MGT - MAC и PCS\PMA надо будет самому делать. Опять же - всего пара FSM :).
Но это в любом случае будет проще чем рулит внешним Ethernet PCIe чипом через встроенный PCIe root-complex

Здорово! Пожалуйста, поподробнее! Я ведь только что занялся этими вопросами, все больше с USB 2.0 работал, опыта - ноль. Желания понять - хоть отбавляй! :-)

Я уже понял, что такое Ethernet-фрейм. Несложная штука в общем-то. Что в нем понимается под MAC и PCS\PMA? Я думаю, что без проблем смогу сформировать последовательность байт, составляющих этот самый Ethernet-фрейм. Это и получится канал передачи? Мне бы по-проще все это организовать. Не нужно вообще ничего сложного, просто передавать фреймы вовне и все.

[RobFPGA]

Приветствую!

Здорово! Пожалуйста, поподробнее! Я ведь только что занялся этими вопросами, все больше с USB 2.0 работал, опыта - ноль. Желания понять - хоть отбавляй! :-)

Я уже понял, что такое Ethernet-фрейм. Несложная штука в общем-то. Что в нем понимается под MAC и PCS\PMA? Я думаю, что без проблем смогу сформировать последовательность байт, составляющих этот самый Ethernet-фрейм. Это и получится канал передачи? Мне бы по-проще все это организовать. Не нужно вообще ничего сложного, просто передавать фреймы вовне и все.

Похвальное стремление!

Почитайте про уровни сетевого стека для начала хот-бы в Wiki. Если в двух словах : MAC формирует фрейм Ethernet на выходе имеет стандартный media independed interface *MII (MII, GMII, RGMII SGMII ) -> PCS кодирует фрейм в соответствии с требованиями физического канала PMA осуществляет синхронизацию/доступ к физ. каналу.
Посмотрите что и как делаю другие http://opencores.org/projects тут в принципе можно найти готовые решения.

Успехов! Rob.

[jur]

Посмотрите что и как делаю другие http://opencores.org/projects тут в принципе можно найти готовые решения.

Большое спасибо за помощь! С теорией я уже ознакомился (только пока никак не запомню значение многочисленных сокращений: MGT, MAC, PCS, PMA и т.д.), теперь поизучаю opencores. Надеюсь смогу разобраться.

Спасибо!

[Ruslan1]

Извините, у меня немного отвлеченный вопрос: А зачем тут Езернет?
Какое из достоинств Езернета используется в данной задаче "передать поток 100 МБ/с на 300 м в системе точка-точка"?
Если получается стандартными средствами-то тогда понятно зачем. А если все равно что-то уникальное городить нужно- то, может, и не Езернет применить?

[prig]

... А если все равно что-то уникальное городить нужно- то, может, и не Езернет применить?

И смысл? Нагородить своего можно, но получится дороже и сложнее в реализации и эксплуатации.
А другого готового конкурентного решения(или набора решений) для такой задачи просто нет.