動(dòng)態(tài)可重構(gòu)高速串行總線多主仲裁裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種嵌入式系統(tǒng)總線中的多主仲裁裝置，尤其涉及一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)高速串行總線多主仲裁裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)態(tài)可重構(gòu)高速串行總線(UM-BUS)是針對(duì)系統(tǒng)小型化與嵌入式一體化設(shè)計(jì)提出的一種能夠?qū)⑷哂嗳蒎e(cuò)與高速通信有機(jī)統(tǒng)一，具備遠(yuǎn)程擴(kuò)展能力的高速串行總線。如圖1所示，它采用基于M-LVDS技術(shù)的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持多節(jié)點(diǎn)直接互連，最多可使用32條通道并發(fā)傳輸通信。在通信過(guò)程中，如果某些通道出現(xiàn)故障，總線控制器可實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)出來(lái)，將數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分配到剩余有效通道上進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重構(gòu)，對(duì)通信故障進(jìn)行動(dòng)態(tài)容錯(cuò)O
[0003]UM-BUS總線采用主從命令應(yīng)答的通信模式，通過(guò)數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行信息交互。連接在總線上的通信節(jié)點(diǎn)按功能不同可分為主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，總線通信過(guò)程總是由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起，從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)來(lái)完成的。UM-BUS總線具有時(shí)間同步功能，可保證總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間時(shí)間系統(tǒng)的精確同步。UM-BUS總線支持單主(Signal Master)通信與多主(MultiMaster)通信兩種通信模式。在多主模式下，總線上可以存在多個(gè)主節(jié)點(diǎn)，多個(gè)主節(jié)點(diǎn)間需要通過(guò)仲裁方式來(lái)競(jìng)爭(zhēng)總線使用權(quán)。
[0004]常用的總線及網(wǎng)絡(luò)仲裁方法包括CSMA/⑶算法、令牌傳遞算法、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方法等，可用于以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)或總線中，通過(guò)仲裁解決總線競(jìng)爭(zhēng)和沖突。對(duì)于UM-BUS總線，上述仲裁算法存在著仲裁效率低、傳遞延遲大、令牌丟失、帶寬利用率差等問(wèn)題，不能滿足UM-BUS總線對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性的需求。
[0005]針對(duì)UM-BUS總線的特點(diǎn)，本實(shí)用新型提出一種基于可變時(shí)隙輪轉(zhuǎn)的多主仲裁裝置，可以為UM-BUS總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效、高可靠的總線使用權(quán)仲裁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種UM-BUS總線多主仲裁裝置，能夠通過(guò)可變時(shí)隙輪轉(zhuǎn)方式，實(shí)現(xiàn)UM-BUS總線上多個(gè)主節(jié)點(diǎn)之間總線使用權(quán)的高效、高可靠裁決。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:
[0008]—種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)高速串行總線多主仲裁裝置，其特征在于:包括仲裁時(shí)隙定時(shí)器、仲裁時(shí)隙計(jì)數(shù)器、總線傳輸控制器、總線仲裁控制器、總線通信控制器和總線活動(dòng)監(jiān)視器，其中所述仲裁時(shí)隙定時(shí)器采用總線通信控制器的工作時(shí)鐘，完成仲裁時(shí)隙時(shí)間片的定時(shí)；所述仲裁時(shí)隙計(jì)數(shù)器，用來(lái)對(duì)仲裁時(shí)隙定時(shí)器產(chǎn)生的仲裁時(shí)隙進(jìn)行計(jì)數(shù)，產(chǎn)生仲裁時(shí)隙序號(hào)；所述總線傳輸控制器用于在需要進(jìn)行總線通信時(shí)，向總線仲裁控制器產(chǎn)生總線通信請(qǐng)求；所述總線仲裁控制器用來(lái)根據(jù)仲裁時(shí)隙、總線通信請(qǐng)求及總線活動(dòng)監(jiān)視情況，采用可變時(shí)隙輪轉(zhuǎn)方式，完成總線多個(gè)主節(jié)點(diǎn)間的總線使用權(quán)仲裁，控制仲裁時(shí)隙定時(shí)器的計(jì)時(shí)及總線通信控制器對(duì)總線的使用權(quán)；所述總線通信控制器完成總線通信數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，向仲裁時(shí)隙定時(shí)器提供同步的時(shí)間基準(zhǔn)；所述總線活動(dòng)監(jiān)視器利用總線通信控制器的輸出，向總線仲裁控制器報(bào)告總線占用情況。
[0009]本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)高速串行總線多主仲裁裝置，采用仲裁時(shí)隙輪轉(zhuǎn)與時(shí)隙動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的方法，能夠縮短UM-BUS總線多主仲裁的等待時(shí)間，提高仲裁可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是UM-BUS總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0011 ]圖2是UM-BUS總線協(xié)議層次模型圖；
[0012]圖3是UM-BUS總線數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程與數(shù)據(jù)通路示意圖；
[0013]圖4是UM-BUS總線多主仲裁裝置的組成結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖5是總線仲裁時(shí)隙分配及時(shí)隙擴(kuò)展示意圖；
[0015]圖6是主節(jié)點(diǎn)仲裁過(guò)程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，UM-BUS總線采用基于M-LVDS (TIA/EIA-899)的多通道智能動(dòng)態(tài)冗余的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最多支持30個(gè)通信節(jié)點(diǎn)直接互連，不需要路由或中繼設(shè)備；使用2?32個(gè)通道并發(fā)傳輸數(shù)據(jù)，單通道最大通信速率可達(dá)200Mbps ;通道如果出現(xiàn)故障，可通過(guò)通道動(dòng)態(tài)冗余及故障重構(gòu)技術(shù)自動(dòng)屏蔽故障通道，在剩余健康通道上繼續(xù)通信；采用主從應(yīng)答的通信方式，可為系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程存儲(chǔ)訪問(wèn)及非智能擴(kuò)展能力。
[0017]UM-BUS總線上的節(jié)點(diǎn)按功能不同可劃分為主節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)及監(jiān)視節(jié)點(diǎn)，一次通信過(guò)程只能由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起，并且由從節(jié)點(diǎn)或其它主節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，監(jiān)視節(jié)點(diǎn)用于監(jiān)視總線上的通信過(guò)程。節(jié)點(diǎn)間通過(guò)數(shù)據(jù)包的形式交互信息。
[0018]UM-BUS總線的通信協(xié)議層次模型如圖2所示，從上到下依次為處理層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，其中處理層負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)總線的管理、協(xié)議封裝和對(duì)上層應(yīng)用接口的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)鏈路層又分為傳輸子層和MAC子層兩部分，傳輸子層根據(jù)現(xiàn)存的有效線路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組和動(dòng)態(tài)重構(gòu)；MAC子層負(fù)責(zé)通信線路檢測(cè)，向傳輸子層提供通道健康狀況，完成對(duì)通道傳輸信息進(jìn)行二次打包和解包，實(shí)現(xiàn)總線節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。物理層是協(xié)議的最底層，它為數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的物理連接、完成了串并轉(zhuǎn)換、8b/10b編解碼、時(shí)鐘同步等功能，為總線提供可靠的通信基礎(chǔ)。
[0019]總線節(jié)點(diǎn)在通信過(guò)程中采用數(shù)據(jù)包的形式在不同協(xié)議層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如圖3所示。數(shù)據(jù)通信時(shí)，在發(fā)送端，處理層從上層接口獲得數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在傳輸子層根據(jù)MAC子層提供的有效線路信息將數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)均衡地分配到有效通道上，在物理層將分組數(shù)據(jù)包裝后，經(jīng)Sb/1b編碼成比特流發(fā)送到鏈路上。在接收端，物理層將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)鐘同步、8b/10b解碼、串并轉(zhuǎn)換后，將通道數(shù)據(jù)解包，然后在傳輸子層根據(jù)MAC子層提供的有效線路信息將數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)組織并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，最后由處理層交給應(yīng)用層處理。
[0020]在多主通信模式下，主節(jié)點(diǎn)必須在獲得總線使用權(quán)之后才能從物理層向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，啟動(dòng)一次總線通信過(guò)程。
[0021]基于上述UM-BUS總線工作原理，本實(shí)用新型的裝置如圖4所示，包括仲裁時(shí)隙定時(shí)器、仲裁時(shí)隙計(jì)數(shù)器、總線傳輸控制器、總線仲裁控制器、總線通信控制器和總線活動(dòng)監(jiān)視器，置于UM-BUS總線控制器的數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層中，采用圖5、圖6所示的可變時(shí)隙輪轉(zhuǎn)方法實(shí)現(xiàn)UM-BUS總線中多個(gè)主節(jié)點(diǎn)之間的總線使用權(quán)的仲裁。
[0022]為敘述方便，本實(shí)施例假設(shè)UM-BUS總線支持8個(gè)主節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號(hào)定義為O?7，總線單通道通信速率為200Mbps，總線MAC子層工作時(shí)鐘為100MHz，總線信號(hào)在節(jié)點(diǎn)間的最大傳送時(shí)間為260ns。
[0023]仲裁時(shí)隙定時(shí)器是一個(gè)計(jì)時(shí)器，采用UM-BUS總線中經(jīng)過(guò)同步的時(shí)間基準(zhǔn)作為定時(shí)依據(jù)，采用總線MAC子層工作時(shí)鐘作為工作時(shí)鐘，產(chǎn)生一個(gè)稱之為仲裁時(shí)隙的時(shí)間片定時(shí)，并把計(jì)時(shí)值及計(jì)時(shí)結(jié)束信號(hào)分別送給總線仲裁控制器和仲裁時(shí)隙計(jì)數(shù)器。為保證在最壞情況下，總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠在一個(gè)仲裁時(shí)隙內(nèi)檢測(cè)到主節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的占用，本實(shí)施例中將仲裁時(shí)隙定時(shí)長(zhǎng)度設(shè)置為500ns。仲裁時(shí)隙定時(shí)器在總線仲裁控制器識(shí)別到總線占用時(shí)，可以暫停計(jì)時(shí)，待總線被釋放后，再?gòu)臅?