采用窗口映射機制的RapidIO控制器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于嵌入式計算系統(tǒng)領域，尤其涉及采用窗口映射機制的Rapid1控制器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著綜合航空電子系統(tǒng)的不斷發(fā)展，一方面，系統(tǒng)對其內部各個功能模塊之間的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎鸵?guī)模有了更高的需求，傳統(tǒng)的并行總線由于時鐘頻率和信號走線的限制已經滿足不了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰涣硪环矫?，由于系統(tǒng)規(guī)模越來越大，基于對系統(tǒng)容錯性和系統(tǒng)網絡重構的更高需求，常用的樹狀總線結構已經不再適合作為整個系統(tǒng)的架構模式?；谌绱说膽眯枨蠛桶l(fā)展趨勢，航電系統(tǒng)需要引入一種新的互連通信架構方式來解決這些問題。
[0003]Rapid1技術(IS0/IEC DIS18372)是一種高性能低引腳數(shù)基于包交換的交叉開關互連技術，是第一個嵌入式系統(tǒng)互連國際標準。它采用了高速串行總線技術，帶寬高，延時低，適合高性能嵌入式系統(tǒng)內的互連通信，也非常適合于多器件緊耦合的工作環(huán)境。Rapid1互連架構多采用基于交換機的互連拓撲結構，系統(tǒng)中多個Rapid1端設備的點到點通信鏈路由交換機組織在一起，并且各個端設備在整個網絡中都是對等的節(jié)點。這樣，各端設備間可任意互連和并發(fā)傳輸，真正實現(xiàn)多組并發(fā)的數(shù)據(jù)交換，突破舊的“共享帶寬”瓶頸，帶寬會成倍增加。另外由于Rapid1各個端設備在整個網絡中的對等性，系統(tǒng)配置更加靈活、規(guī)模可以增減，在某一端設備發(fā)生故障時也不會影響到整個網絡，所以能為系統(tǒng)容錯性和系統(tǒng)網絡重構提供較好的技術支持。Rapid1的這些優(yōu)點可以很好的解決綜合航空電子系統(tǒng)發(fā)展中所面臨的問題，所以綜合航電系統(tǒng)中越來越多地采用Rapid1技術來構建系統(tǒng)內的互連通信。
[0004]目前新的PowerPC和高性能DSP處理器芯片大多都具有Rapid1控制器，這也為Rapid1系統(tǒng)網絡的構建和配置管理提供了方便，但并不是所有的處理器都提供這種支持。X86，ARM，和一些舊的PowerPC，DSP處理器芯片都沒有提供Rapid1接口，另外在一些使用FPGA實現(xiàn)簡單處理器的應用中，也缺乏足夠的Rapid1支持，這樣在以Rapid1為通信網絡的系統(tǒng)中使用這些處理器時，就需要一些手段來使這些處理器可以作為端設備連接到Rapid1總線中。一種可行的方法是通過橋芯片，例如有PCIE-Rapid1的橋芯片。但由于橋芯片通常只對應一種其他的標準總線，它無法通用性地對所有類型的處理器解決這種問題，而且并不是所有的處理器都可以尋找到合適的橋芯片作為解決方案。面向這種需求，我方基于FPGA芯片設計開發(fā)出一種新的采用窗口映射機制的Rapid1控制器，可以為各型處理器擴展Rapid1接口。
[0005]隨著FPGA技術的不斷發(fā)展，目前很多廠商的FPGA均提供了多路高速串行收發(fā)器，可以用于實現(xiàn)以太網接口，PCIE或Rapid1等高速串行總線接口?；谶@種FPGAjgS設計公司開發(fā)了 Rapid1的可編程邏輯設計IP Core,常規(guī)的Rapid1 IP Core實現(xiàn)的是Rapid1端設備的物理層，傳輸層和一部分邏輯層的功能，可以對高速串行碼進行編解碼，從而轉換為Rapid1包格式的并行數(shù)據(jù)信號來進行操作。

【發(fā)明內容】

[0006]為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種采用窗口映射機制的Rapid1控制器及其控制方法，兼容性好，功能齊備。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案是:采用窗口映射機制的Rapid1控制器，其特征在于:包括Rapid1 IP Core、與外部處理器進行交互的并行局部總線、地址譯碼模塊、擴展配置空間、發(fā)起方請求包生成模塊、發(fā)起方回應包解析模塊和發(fā)起總線請求的記錄模塊；地址譯碼模塊根據(jù)擴展配置空間內的配置寄存器組所提供的各個地址空間的片選信息將并行局部總線上的讀寫操作片選譯碼到各個后級的被訪問資源；發(fā)起方請求包生成模塊負責在需要發(fā)起Rapid1總線請求時構建請求包；發(fā)起方回應包解析模塊對本控制器發(fā)起Rapid1總線請求后收到的回應包進行解析，獲取其中的回應信息并提供給其他模塊；發(fā)起總線請求的記錄模塊對控制器發(fā)起的需要回應包的Rapid1總線請求進行記錄。
[0008]上述控制器還包括響應方請求包解析模塊、響應方回應包生成模塊和擴展局部總線；響應方請求包解析模塊監(jiān)聽Rapid1 IP Core的響應方請求包接口來獲取Rapid1總線上其他設備對本控制器發(fā)出的操作請求包，若該請求包為讀寫請求，則將該讀寫請求轉換為擴展局部總線上的讀寫操作，若該請求包為門鈴/消息請求，則將解析出的門鈴/消息信息發(fā)送給擴展配置空間中進行處理；擴展局部總線上實現(xiàn)外部Rapid1設備所請求的讀寫操作，被遠端Rapid1設備訪問的本地資源均需掛載在擴展局部總線下；響應方回應包生成模塊根據(jù)請求包的相關信息和操作完成的情況構建回應包并發(fā)出，從而完成對于外部Rapid1總線請求的整個響應操作。
[0009]上述控制器還包括數(shù)據(jù)交換雙口存儲器，數(shù)據(jù)交換雙口存儲器既被處理器端的并行局部總線訪問，又被控制器響應方功能模塊的擴展局部總線訪問。
[0010]采用窗口映射機制的Rapid1控制方法，其特征在于:所述方法包括控制器彼此并列的以下方式:
[0011]I)控制器向外部Rapid1設備發(fā)起讀寫請求過程；
[0012]2)控制器向外部Rapid1設備發(fā)起門鈴/消息請求過程；
[0013]3)控制器響應外部Rapid1設備的讀寫請求過程；
[0014]4)控制器響應外部Rapid1設備的門鈴/消息請求過程；
[0015]5)控制器與外部Rapid1設備之間的通信與數(shù)據(jù)傳輸；
[0016]6)錯誤處理:6.1)控制器向外部Rapid1設備發(fā)起請求時，如果發(fā)生錯誤，例如回應包和請求包信息不匹配，或者長時間沒有收到期望的回應包，則發(fā)起方回應包解析模塊和發(fā)起總線請求的記錄模塊會發(fā)現(xiàn)相應的錯誤，并把錯誤信息提交給擴展配置空間中的錯誤處理單元；6.2)控制器響應外部Rapid1設備發(fā)來的請求時，如果請求包有錯誤，則響應方請求包解析模塊會解析出相應的錯誤，并把錯誤信息提交給擴展配置空間中的錯誤處理單元；6.3)擴展配置空間中的錯誤處理單元記錄各種錯誤信息，并在必要時告知中斷處理單元，中斷處理單元再向處理器發(fā)出中斷；處理器收到中斷后，從擴展配置空間的錯誤處理相關寄存器中讀取錯誤信息，然后根據(jù)這些信息進行相應的故障處理操作。
[0017]上述方式I)具體是:
[0018]1.1)處理器通過并行局部總線進行讀寫，配置擴展配置空間中某個映射窗口的配置寄存器組，設置該窗口的地址空間，映射地址以及Rapid1目標設備的ID，讀寫操作類型；
[0019]1.2)處理器對該映射窗口的地址空間進行讀寫操作，地址譯碼模塊將該讀寫操作進行片選譯碼和地址映射之后，發(fā)送給發(fā)起方請求包生成模塊；
[0020]1.3)發(fā)起方請求包生成模塊接收到該映射窗口的讀寫操作命令后，根據(jù)擴展配置空間提供的該窗口的配置信息，構建相應的讀寫請求包，并發(fā)往Rapid1IP Core的發(fā)起方請求包接口，若該請求包需要回應包，則同時將請求包的信息發(fā)給發(fā)起總線請求的記錄模塊讓其進行記錄和計時。另外需要注意的是，如果該次讀寫操作要求的數(shù)據(jù)量較大，發(fā)起方請求包生成模塊還會根據(jù)Rapid1規(guī)范來將其分割構建為若干個Rapid1請求包并依次發(fā)出；
[0021]1.4) Rapid1 IP Core在收到要發(fā)起的Rapid1讀寫請求包后，通過物理層高速差分信號將該請求包發(fā)送到Rapid1總線上；
[0022]1.5)外部Rapid1設備在收到該Rapid1讀寫請求包后，進行相應的讀寫操作，若該請求需要回應，則還向本控制器返回回應包；
[0023]1.6) Rapid1 IP Core通過“物理層高速差分信號”收到回應包后，進行解碼后通過發(fā)起方回應包接口發(fā)給發(fā)起方回應包解析模塊；
[0024]1.7)發(fā)起方回應包解析模塊收到回應包后，將回應包信息發(fā)往發(fā)起總線請求的記錄模塊，讓其記錄本次讀寫操作的完成情況；同時發(fā)起方回應包解析模塊將讀操作的回應包返回數(shù)據(jù)或者寫操作的完成標志發(fā)往發(fā)起方請求包生成模塊；
[0025]1.8)發(fā)起方請求包生成模塊在收到讀操作的返回數(shù)據(jù)或者收到寫操作的完成標志后，完成該映射窗口的本次讀寫操作，并逐級反饋完成地址譯碼模塊和并行局部總線上的相應讀寫操作。
[0026]上述方式2)具體是:
[0027]2.1)處理器通過并行局部總線進行讀寫，配置擴展配置空間中門鈴/消息的配置寄存器組，設置門鈴/消息類型，載荷數(shù)據(jù)，Rapid1目標設備的ID，消息傳遞的郵箱號內容；待請求包相關內容設置完成后，處理器寫某個發(fā)起門鈴/消息請求的命令寄存器，從而發(fā)起該次請求；
[0028]2.2)擴展配置空間中的門鈴/消息控制單元在收到發(fā)起請求的命令后，從各個配置寄存器中獲取門鈴/消息請求包的信息，并發(fā)往發(fā)起方請求包生成模塊；
[0029]2.3)發(fā)起方請求包生成模塊根據(jù)相應信息構建門鈴/消息請求包并發(fā)往Rapid1IP Core的發(fā)起方請求包接口，同時將請求包的信息發(fā)給發(fā)起總線請求的記錄模塊讓其進行記錄和計時；
[0030]2.4) Rapid1 IP Core在收到要發(fā)起的Rapid1門鈴/消息請求包后，通過物理層高速差分信號將該請求包發(fā)送到Rapid1總線上；
[0031]2.5)外部Rapid1設備在收到該Rapid1門鈴/消息請求包后，記錄門鈴/消息，完成相應操作，再向本控制器返回回應包；
[0032]2.6) Rapid1 IP Core通過物理層高速差分信號收到回應包后，進行解碼后通過發(fā)起方回應包接口發(fā)給發(fā)起方回應包解析模塊；
[0033]2.7)發(fā)起方回應包解析模塊收到回應包后，將其中信息既反饋給擴展配置空間中的門鈴/消息控制單元，也發(fā)往發(fā)起總線請求的記錄模塊，讓其記錄本次讀寫操作的完成情況；
[0034]2.8)擴展配置空間中的門鈴/消息控制單元收到反饋的回應包信息后，則代表本次門鈴/消息請求已完成，并把完成標志記錄在相關寄存器中；若長時間未收到回應包，則按需求看是否要采取重傳；重傳則重新進行步驟2.2)到步驟2.8)。
[0035]上述方式3)具體是:
[0036]3.1)外部Rapid1設備通過Rapid1總線向本控制器發(fā)起讀寫請求后，Rapid1IP Core