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摘要：当前工业以太网已经表现出了明显的技术优势，且它的应用范围越来越广。在如此背景下，为了保证其网络节点设备能够满足更多不同工业以太网类型的通信功能需求，就必须思考它的节点在线重构功能，将工业以太网的局部动态可重构工业技术引入进来，重新设计其网络节点内容，保证其底层网络节点能够兼容更多工业以太网类型。本文就重点分析了这一局部动态可重构工业技术，讲解了它的技术设计方法设计流程。
关键词：工业以太网；局部动态可重构工业技术；系统架构；设计流程
局部动态可重构工业技术是希望赋予网络节点设备底层节点一定的在线辨识能力，即动态辨识所在网络的协议类型。为此它会建立专门的协议辨识算法，并对局部动态重构方法进行重新设计与研究，重新架构以太网网络节点系统。
一、局部动态可重构工业技术的基本内涵
局部动态可重构工业技术就是基于FPGA（Field—ProgrammableGateArray）现场可编程门阵列所应用的一种可重构工业技术，它可配合以太网使用，结合重构发生时间的不同还分为动态重构与静态重构两种。在这里，动态重构会结合工业以太网的实际逻辑功能要求及预先设计重构方案选择实时下载比特流文件，结合重构逻辑单元实施功能配置，所以动态重构是完全可选择在重构设备中有效运行的，再结合配置方案，它就能够实现对内部电路结构的动态改变。对于工业以太网而言，动态重构技术的在线工作特性就能改变以太网的实时特性，它对以太网的节点设计具有一定的辅助促进作用。
当然，动态重构工业技术还分为全局动态重构与局部动态重构两种，这其中全局重构技术需要重构较大的配置文件，且重构时间也相对较长。相比之下局部动态重构就更加灵活，它能改变工业以太网的局部电路结构，专门用于固定FPGA某一块的资源重构逻辑单元，所以说在重构过程中它的操作只负责改变某一块的逻辑电路结构，这就在相当程度上降低了系统资源消耗，且由于局部动态重构文件规格较小，重构时间消耗也较少，工作效率相当之高[1]。
二、基于局部动态可重构工业技术背景下的以太网网络节点设计
（一）基本设计思路
如上文所述，为了有效提高以太网设备兼容性，赋予网络节点设备底层节点一定的在线辨识能力，本文需要基于局部动态可重构工业技术对以太网网络设备节点进行改造设计，基于FPGA局部动态硬件实现可重构技术的多方面场合应用，如图1。
图1基于局部动态可重构工业技术的以太网网络节点结构布局设计示意图
如图1，基于局部动态可重构工业技术的以太网网络节点结构布局设计其基础就是可编程片上系统结构，结合协议辨识模块对其以太网网络协议类型进行辨识分析，最终重构主机以便于开展以太网网络设备节点全面控制活动。而所有的数据交换则全通过协议接口模块以及可编程偏上系统共同完成。
（二）主要设计流程
采用局部动态可重构工业技术，对以太网网络节点的重构过程相对复杂，它要基于节点协议类型进行动态重构，辨识网络中的所有协议类型并实现协议重构，具体来讲它应该涵盖5个设计环节，它们分别为重构配置、重构划分、重构辨识、重构规划以及重构切换，5个环节均配置FPGA模式，可建立专属外部动态配置文件库，实现对系统的重构区域划分。同时，基于这5步骤也能完全判断以太网网络设备的重构结果，看其是否满足以太网网络设备系统需求。以下分别结合这5步骤展开分析，研究基于动态可重构工业技术的以太网网络节点设计流程。
首先是重构配置，它就为重构文件建立了专门的存储器，分为内在存储器和外在存储器，便于数据管理。在实践操作中需要设计一种存储结构来对重构文件进行存储。这里会采用到创新的分布存储思想，基于文件信息未与文件内容实施分步存储，将存储器置于数据区与映射区之中。两区域分别发挥不同功能，例如映射区就专门用于存储文件信息，分析数据的标志、编号、起始地址以及数据长度，而数据区则专门用于存储重构文件。
其次是重构划分，它是局部动态可重构工业技术的重点操作流程，主要基于FPGA实施物理区域划分，即物理资源区域划分。具体来讲，就是在局部重构区域设置FPGA技术模块来划定一块固定的物理资源，然后结合物理资源划原则配合LogicLock技术选定矩形选区，对矩形选区类型、属性（SIZE&LOCATION）进行标定。随后是设置编译器，保证编译器被设置在多个局部可重构分区中，重构配置像DSPblocks、LABs、IO、PLL等不同资源。
第三是重构辨识，该阶段专门构建工业以太网的专属协议辨识模块，并对局部重构节点进行网络协议类型配置，结合辨识相关内容对以太网辨识模块原理进行分析，以下给出重构辨识背景下的以太网网络协议类型相关辨识算法，它主要包含7个步骤如下：
建立工业以太网协议辨识模块→读取以太网辨识节点相应数字量→看辨识节点字数量是否与前一次辨识节点数字量相同（如果相同执行第四步，如果不同直接执行第五步）→返回逻辑值0，结束计算→读取辨识节点数字量，为前一次的辨识节点数字量赋值→获得网络协议标志→返回逻辑值1，结束计算
第四是重构规划，重构规划主要针对主机控制重构过程算法展开，它就包含11步如下：
协议辨识→设备默认为一种协议并进行重构主机识别指示→重构配置所描述内容→静态区域外部存储器通信模块分析→激活重构控制模块→重构主机接受重构控制模块→重构数据读取（依次读取十六位数据）→重构控制模块发送重构错误信号→重构主机等待重构请求信号→重构信号置高电平→重置高电平到低电平完成重构过程→重构请求信号接触，保证通信状态恢复为初始值，重构区域全部复位
最后一步为重构切换，基于以太网应用层基本协议利用软件冗余方式配合局部动态可重构工业技术进行重构区域复位，加载应用层协议，将重构结束信号置于低电平位置，此时可宣告对工业以太网的网络节点结构设计全部完成，设计后的以太网设备可进行正常通信[2]。
总结：
本文以以太网载体为基本研究对象，深度分析了基于局部动态可重构工业技术的以太网节点设计技术分析，为以太网网络提供了正常的通信功能，全面提高了动态重构后以太网网络节点的复用性与功能性，同时动态局部可重构技术背景下的以太网网络区域在可维护性方面也有所增强，保证其底层网络节点能够兼容更多工业以太网类型。
参考文献：
[1]何飞.动态可重构工业以太网网络节点设计与研究[D].西南大学，2017.
[2]侯慧，曹伟，王健，等.动态可重构技术浅述[J].半导体技术，2008（7）：553-557.