随着科技的高速发展,航空航天、轨道交通、高端工业控制等领域对业务传输的实时确定、安全容错方面的特性要求越来越高,传统以太网提供的尽力投递服务方式显然无法满足需求。确定性以太网在传统以太网的基础上引入了时钟同步与时间触发两项核心技术,使得网络具备实时确定、安全容错的通信能力,有效地解决了高实时性、高安全性业务的传输问题。本论文结合科研项目“确定性以太网交换机的设计与实现”,重点研究了确定性交换网络的两项关键技术:其一,基于SAEAS6802协议的高精度时钟同步技术;其二,基于时间触发的TT业务交换技术。本论文首先简要介绍了确定性以太网的研究背景和基本概念。第二,通过分析确定性以太网的系统构成和工作原理,说明SAE AS6802时钟同步技术和TT业务交换技术是该网络的两大核心技术。第三,根据确定性交换单元的功能需求,设计并实现了支持时钟同步和TT业务交换的交换单元整体结构,并阐述了输入分流、时钟同步、TT业务交换、输出仲裁等关键子模块的交互接口与详细设计方案,详细描述了自主设计的时钟同步模块与TT业务交换模块具有的技术优势。第四,通过仿真平台验证各关键子模块功能的正确性和可靠性。最后,基于实际的网络工作参数搭建板级测试平台,系统同步精度优于100ns,可以按照时间调度表完成无冲突的、传输时延和时延抖动极小的TT业务交换传输。本论文的创新点包括,第一,设计了一种适用于交换节点的集成CM、SC两种功能模型的同步单元,解决了复杂网络拓扑环境中交换节点间级联同步的问题。第二,在固化函数和压缩函数之间采用预整合策略,对固化时间点进行预先分组,降低了压缩函数筛选固化时间点的时延,加快了压缩函数的处理速度,进而提高同步效率。第三,调度模块采用预读取策略读取调度信息,确保调度模块始终预存下一条调度信息待用,消除了由于调度信息读取速度缓慢而导致TT业务交换效率低下的问题。第四,采用输入输出调度表合并共用方式,输入端设置接收窗口对TT业务进行警管,输出端对TT业务定时发送,固化了交换机转发TT业务引入的交换时延。