CN101626334B - 通讯总线控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

为解决传统技术手段造成的冲突发生概率大的问题，本发明提出了一种通讯总线控制方法，包括以下步骤：在至少两块线卡上产生彼此不同的延时时间；当有通讯需求的线卡检测到通讯总线空闲后，按照彼此不同的延时时间进行延时；有通讯需求的线卡根据各自的延时去抢占当前空闲的通讯总线，向通讯总线发送数据。本发明还提出了一种通讯总线控制装置。采用本发明的方法和装置，最大限度的降低了总线冲突概率，也降低了由于冲突导致数据的丢包率，并且提高了总线工作的稳定性，使得相应设备工作更可靠稳定。

Description

通讯总线控制方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及通讯总线控制方法和装置。

背景技术

以HDLC总线控制协议为例，高级数据链路控制(High-LevelData Link Control或简称HDLC)，是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO)根据IBM公司的SDLC(Synchronous Data Link Control)协议扩展开发而成的。

链路控制协议着重于对分段成物理块或包的数据进行传输，块或包由起始标志引导并由终止标志结束，也称为帧。每个起始(帧头)、终止(帧尾)均有一标志码01111110，用作帧的起始、终止指示及帧的同步。其帧格式结构如图1所示：标志码不允许在帧的内部出现，以免引起歧义。为保证标志码的唯一性但又兼顾帧内数据的透明性，采用“0比特插入法”来解决。该法在发送端监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续5个“1”出现时，便在其后添插一个“0”，然后继续发后继的比特流。在接收端，同样监除起始标志码以外的所有字段。当连续发现5个“1”出现后，若其后一个比特“0”则自动删除它，以恢复原来的比特流；若发现连续6个“1”，则可能是收到了帧的终止标志码。HDLC协议规定，在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧信息之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，它被称为空闲(Idle)信号。

目前的大型通信设备，大多有多块不同功能的线卡组成，要实现线卡的管理，一般在设备中采用主从的方式进行管理。对于设备中的线卡，由一块主控板和其它所有从属的支路线卡进行连接通信。每块支路线卡向主控板发送或上报各种信息，通过主控板采集这些信息进行处理并向各个线卡发送各种控制信息。目前比较流行的有通过微控制单MCU(MicroControllerUnit)提供的SCC口以HDLC来封装传递各个线卡之间的信息，或者通过FPGA替代MCU来实现同样的功能。

如图2的板间通信连接图，为了节省背板的连线资源以及节省主控板与各个线卡之间的连接端口，主控板与各个其它线卡的连接通过总线连接，如图2所示的总线全双工连接和半双工连接。主控板与其它线卡的通信通过全双工总线连接的时候，主控板的发送的信号连接到各个线卡的接收，各个线卡的发送通过一条总线连接到主控板的接收。主控板与与其它线卡的通信通过全半工总线连接时，主控板以及其它线卡之间通信数据的收发均通过一条总线控制。不管时全双工总线模式或半双工总线模式，线卡在向总线发送数据的时候，均需要对总线进行控制：如图2，当线卡1向总线发送数据的时候，其它线卡就不能往总线发送数据，必须等到线卡1发送数据完之后，其它线卡才能发送数据。当总线没有数据发送的时候，保持三态，而各个线卡此时接收到的总线数据通过上拉电阻，使得在总线没有数据发送的时候，检测到总线数据为“1”，也就是HDLC的空闲信号。

因此，针对于以HDLC帧来传递数据的半双工总线来说，挂在发送总线上的各个线卡都接收总线上的数据，目前采用以下方式来进行控制，当线卡需要向总线发送数据的时候，需要首先确定总线是否空闲，然后才能往总线发送数据。根据HDLC帧格式的特点，以当从总线连续接收到的“1”个数大于一个固定的值，如等于7的时候，则表示总线没有线卡在发送数据，视为总线空闲，线卡才能往总线上发送数据。

但是，当存在两块或两块以上的线卡均检测到总线空闲，并向总线发送数据的时候，就会导致总线的冲突，总线的数据就便得不稳定，这种情况下，发送数据的驱动由于连线的距离增长而变弱，距离不同的线卡接收到总线上冲突的数据就会出现不同线卡接收到不同的数据，给线卡正确判断总线状态带来误判，还可能会出现两块线卡在发送数据的时候，别的线卡能够从总线检测到连续的7个“1”的情况，如图3所示，同时出现线卡1发送“1”和线卡n发送“0”数据，而其它线卡却收到不同的数据。

因此，当多个线卡同时出现向总线发送数据的时候，由于总线冲突，可能会导致两两线卡之间接收的总线实际数据不确定，因而导致对总线状态的错误判断，从而进入冲突-＞回退-＞等待总线空闲-＞冲突-＞回退的循环中；为了避免这种情况发生，降低总线的冲突是保证各个线卡能够在总线上正确传递数据的关键因素，目前的设计中，往往针对对总线冲突情况下设置两个优先级，优先级高的情况下，检查到总线连续7个“1”即认为总线空闲，优先级低的情况下，需要连续检测到总线数据为15个“1”，才认为总线空闲。在一般情况下，线卡的发送优先级最低，当线卡发送过程中发现了总线冲突情况，则提高优先级，在最终发送完一个完整的帧后，又将优先级降低。这种方法从理论上将出现冲突的概率降低了，但由于总线基于两个固定优先级别不同的值来判断，多块线卡下，这种冲突的概率还是非常的大，而总线数据在冲突情况下实际数据的往往不能准确判断，出现上述循环碰撞冲突的情况还是有很大的概率。

发明内容

为解决传统技术手段造成的冲突发生概率大的问题，本发明提出了一种通讯总线控制方法，包括以下步骤：在至少两块线卡上产生彼此不同的延时时间；当有通讯需求的线卡检测到通讯总线空闲后，按照彼此不同的延时时间进行延时；有通讯需求的线卡根据各自的延时去抢占当前空闲的通讯总线，向通讯总线发送数据。

其中，延时时间是根据随机数生成原则产生的处于预定范围内的随机数。

其中，预定范围的上限根据通信频度和空闲比例容忍度确定。

其中，延时时间在线卡每次抢占通讯总线时进行更新。

其中，延时时间是根据各线卡的地址而产生的随机值。

其中，有通讯需求的线卡根据各自的延时去抢占当前空闲的通讯总线具体包括：当检测到总线上连续相同电平的个数大于或等于延时中最小延时的时候，具有该最小延时的线卡抢占到当前空闲的通讯总线。

其中，延时时间是根据随机数生成原则产生的处于预定范围内的随机数。

其中，预定范围的上限根据通信频度和空闲比例容忍度确定。

其中，当有通讯需求的线卡在抢占通讯总线过程中发生冲突时，停止向通讯总线发送数据，并更新有通讯需求的线卡的延时时间。

此外，本发明还提出了一种通讯总线控制装置：包括：延时时间发生单元，设置在至少两块线卡的每一个上，用于产生彼此不同的延时时间；延时单元，用于在有通讯需求的线卡检测到通讯总线空闲后，按照彼此不同的延时时间进行延时；以及使能发送单元，用于在有通讯需求的线卡抢占到当前空闲的通讯总线时，使能有通讯需求的线卡向总线发送数据。

其中，该装置还包括更新单元，用于在线卡每次抢占通讯总线时对延时时间进行更新。

其中，本发明还包括：冲突判定单元，用于判定至少两块线卡在向总线发送数据时是否发生数据冲突，其中，当冲突单元检测到的线卡发送的数据与线卡接收的数据不一致的次数大于预定值时，使能发送单元阻止线卡向总线发送数据，以及延时时间发生单元更新线卡上的延时时间。

采用本发明的方法和装置，最大限度的降低了总线冲突概率，也降低了由于冲突导致数据的丢包率，并且提高了总线工作的稳定性，使得相应设备工作更可靠稳定。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明的通讯总线控制装置；

图2是现有技术中的HDLC帧结构；

图3是通信设备中的板间HDLC总线通信连接图；

图4是板间总线冲突示意图；

图5是总线发送接收数据的线卡结构图；

图6是本发明的总线通信控制流程图；

图7是总线通信的线卡框图；以及

图8是FCS计算数据范围的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对通讯总线控制方法和装置进行说明。

图1示出了根据本发明的多个通讯总线控制装置。例如，在#1线卡中，包括：随机延时生成模块，设置在至少两块线卡的每一个上，用于产生彼此不同的延时时间；延时单元(未示出)，用于在有通讯需求的线卡检测到通讯总线空闲后，按照彼此不同的延时时间进行延时；以及使能发送单元(未示出)，用于在有通讯需求的线卡抢占到当前空闲的通讯总线时，使能有通讯需求的线卡向总线发送数据。

但是，即便一次性地随机生成延时时间，也会在多个线卡的下一次抢占时发生冲突，为此，优选地，本实施例中还包括：更新单元(未示出)，用于在线卡每次抢占通讯总线时对延时时间进行更新。

当然，即使每个线卡每次生成的延时时间均彼此不同，由于各线卡企图发送数据的时间通常是不同的，所以仍然存在两个线卡发生冲突的概率，为此，优选地，本实施例中还包括：冲突判定单元(未示出)，用于判定至少两块线卡在向总线发送数据时是否发生数据冲突，其中，当冲突单元检测到的线卡发送的数据与线卡接收的数据不一致的次数大于预定值时，使能发送单元阻止线卡向总线发送数据，以及延时时间发生单元更新线卡上的延时时间。

前面说的“用于在线卡每次抢占通讯总线时对延时时间进行更新”是指：线卡每次抢占总线均要对延时时间进行更新，具体地但不限于在每次抢占动作之前、之后、或当时。

图1中，各板卡的“通讯模块”通过共享的“通讯总线”进行通讯；

各板卡的“随机延时生成模块”实时生成各自的随机延时值，送给各自的“通讯模块”；

板卡的“通讯模块”在检测到“通讯总线”空闲后，按照自己当前的随机延时值进行延时，然后去抢占当前空闲的通讯总线；

板卡的“通讯模块”检测到“通讯总线”冲突后，主动退出。直到再次检测到总线空闲，按照新的随机延时值进行延时，继续抢占当前空闲的“通讯总线”。

当前有通讯需求的板卡才进行上述总线抢占行动，没有通讯需求的板卡，不会参与到当前的总线抢占行动中。

具体地，本发明的实施例为一个SDH系统设备中半双工HDLC总线连接的线卡通信系统。其中包括了一个主通信板NCP(网络处理单元)，以及多块(本实例中以20块支路线卡来说明)支路线卡组成，NCP板与其它支路线卡之间以半双工总线连接，线卡之间的通信以HDLC帧来发送，HDLC帧的目的地址对应于线卡的板地址。其中NCP线卡向其它支路板发送数据，并接收各个主路线卡发送过来的数据。而每块支路线卡则接收NCP板发送过来的数据，并且向NCP线卡发送数据。所有线卡均挂在一条总线上，每块线卡均能从总线上接收数据，当发现接收的数据的地址为本线卡的地址时，则表示接收到的数据是发送给自己的，将数据接收下来处理，如果不是，则将其丢弃。

每块线卡挂在总线上，为保证总线的正常工作，每块线卡在有数据发送并且总线没有被别的线卡占用的情况下才能往总线发送数据。并且发送数据完毕立刻释放总线的使用权，如图4所示，每块线卡需要一个三态控制逻辑，当有数据帧发送并且总线空闲的时候，打开三态控制发送使能端，线卡向总线发送数据。当数据发送完毕，关闭三态控制端的发送使能。

通过图5所述的以下步骤的实施来实现各个线卡对总线的控制，以保证各个线卡往总线发送数据的时候，能够降低总线的冲突，提高线卡之间通信的正常和系统的稳健。

根据实例中线卡的总数，确定一个线卡判定总线空闲的随机数的取值范围，根据HDLC的帧定义，其取值范围大于等于7，再根据实际线卡总数为21个，则取值范围定位[7，28]，在实际的设计中，以稍微大于此范围为原则，本实例中取值范围定位[8，31]，当然，还可以进一步增大取值范围的上限(理论上可以是无限大)，取值范围的扩大，可以更进一步降低两两线卡之间等待空闲周期值相等的概率，同时降低总线数据冲突的可能性，但是，随机数取值的范围越大，该线卡的等待空闲的时间就越大，该线卡传输一次数据的时间也就越长。随机数取值范围的上限由通信频度和空闲比例容忍度确定。这里，通信频度是每个线卡抢占总线进行数据传输的频繁程度，而空闲比例容忍度是指用户对每个线卡的空闲时间与数据发送时间之比的最大容忍程度。由此，根据随机数生成原则产生选定范围内的随机数。

此外，每块线卡还可以先根据其板地址生成两两不同的总线初始空闲判定值。本实例以板地址小的生成的总线空闲判定值小，板地址大的生成的总线空闲判定值大的原则生成，生成的初始判断值为板地址(Paddr)或上二进制数据5’b01000，即使随机判定初始值＝Paddr|5’b01000。

当线卡有数据需要发送时，首先需要检测总线状态，当总线空闲的时候，才能获得总线的使用权，对于线卡初始发送的第一个HDLC帧的数据，检测总线连续“1”的个数，当检测到“1”的连续个数等于此线卡的总线空闲初始判定值后，此线卡便视此总线空闲，线卡发送使能打开，向总线发送数据。需要说明，在其他通信协议中，也有可能通过检测到连续的“0”的个数来判定总线是否空闲，即，根据协议需要，可以将如下判断作为条件来判断总线是否空闲状态：线卡检测到来自所述总线的信号中连续出现相同电平信号的个数大于所述延时时间。

每个帧发送之后，等待线卡空闲的判定值也随着相应变化，这样，保证每块线卡发送帧后，其等待总线的优先级发生变化，也可以消除某块线卡一直优先抢占到总线。使得其它线卡均处于等待状态，不能实时发送数据帧。总线空闲判定值越小，其抢占总线的能力就越强。

上面的步骤可以由以下硬件单元实现，如图6所示。

延时时间发生单元，可以是随机数发生器，用于在线卡上产生延时时间，尤其是在线卡发送数据之后；

总线状态判断单元，分别与延时时间发生单元以及总线连接，用于在线卡检测到来自总线的数据中连续出现“1”的个数大于延时时间时判断总线为空闲状态；

使能发送单元，可以是选通多路复用器，用于在总线为空闲状态时，使能线卡向总线发送数据；以及

冲突判定单元，用于判定线卡在向总线发送数据时是否发生数据冲突，判定数据冲突的方法有很多，例如，当冲突单元检测到的线卡发送的数据与线卡接收的数据不一致的次数大于预定值时，判定当前总线中发生数据冲突，该冲突判定单元使能发送单元阻止线卡向总线发送数据，以及延时时间发生单元更新线卡上的延时时间。

进一步，HDLC均采用16位循环冗余校验码CRC(CyclicRedundancy Code)，其生成多项式为CCITT多项式X^16+X^12+X^5+1，根据实际数据发送帧计算出来的CRC-16的值为FCS，截取相应的固定位作为总线空闲的判定值，由于每块线卡，每个帧发送数据的随机性，根据实际发送的数据进行CRC-16的计算值也不相同，根据此CRC值得到的总线空闲的判定值也具有随机性。这样，线卡最初上电运行的时候，其随机值的初始值是由板地址来决定，但当其发送完一帧数据后，其随机值就取来自发送这一HDLC帧的数据进行CRC校验后的校验值。

如图，crc值的计算可以选择一个任意的CRC计算公式，本实例中选择X^16+X^12+X^5+1的计算公式，其进行CRC进行计算的数据选择一个HDLC帧除了帧头，帧尾的的计算，也就是FCS部分的值。其计算的数据部分如图7所示。

如图截取CRC计算值的低5位，位FCS值的[4:0]位，为了保证截取的值大于总线判定值的最小值7，应此，最后的总线判定值位FCS的值按照比特位或上总线判定的5’b01000也就是十进制的数据8；随机判定值＝FCS[4:0]|5’b01000

通过选择FCS的低5位作为随机判定值或上二进制数据5’b01000，不仅保证了计算的随机性，并且其值必定大于7的要求。也满足了每发送一帧，总线空闲判定值就改变的需求。

无可避免，当总线出现冲突，当线卡检测到接收和发送的数据不一致，也就是发送数据为“1”，而接收到的数据为“0”，为了精确判定总线的情况，每个线卡必须按照相同的时钟相位往总线发送数据，如发以相同的系统时钟，以时钟的上升沿向总线发送数据，为了及时判断总线数据的情况，在时钟的下降沿的时候，就采集总线上的实际数据，判断数据接收和发送是否一致。如图时钟上升沿发送数据TXD，TXD数据通过总线同时作为输入RXD，总线上有一定延时，RXD于TXD之间有一定的延时Delay，要保证下降沿的时候能够正确采样数据，本实例中修改了时钟的占空比，时钟的高电平PH部分比PL部分长，使得下降沿能够采样到延时Delay后的RXD。

通过在下降沿时候判断TXD和RXD的数据，能够实时判断出总线的是否冲突，总线在冲突的情况下，会出现数据异常，当发送数据为“1”，而接收到的数据为“0”或当发送数据“0”，接收数据为“1”的时候，则可判断除总线数据冲突。这个时候，发现总线冲突的线卡需要立即关闭发送使能，停止向总线发送本帧数据。并且等到下次检测到总线空闲的时候，才能往总线重新发送这帧数据。

当总线连续冲突达到一定次数的时候，说明线卡在发送本帧数据的时候，可能存在着和其它多块线卡相同的总线空闲判定值，并且和其它多块线卡相同抢占总线机会均等的情况，为了消除多块线卡在冲突-＞回退-＞等待总线空闲-＞冲突-＞回退的情况下导致总线顺利工作，本实例中，当线卡连续检测到总线冲突次数达到5次后，则丢弃需要发送的本帧数据，而保证总线的正常工作，并将冲突计数器清0。同时将随机判定值取已经发送的部分数据进行CRC计算后的值。

本发明的总线控制方法不限于HDLC通信协议，还可以是诸如I2C之类的其他通信协议。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通讯总线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在至少两块线卡上产生彼此不同的延时时间；

当有通讯需求的线卡检测到通讯总线空闲后，按照所述彼此不同的延时时间进行延时；

所述有通讯需求的线卡根据各自的延时去抢占当前空闲的通讯总线，向所述通讯总线发送数据；所述延时时间在线卡每次抢占通讯总线时进行更新。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延时时间是根据随机数生成原则产生的处于预定范围内的随机数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定范围的上限根据通信频度和空闲比例容忍度确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延时时间是根据各所述线卡的地址而产生的随机值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有通讯需求的线卡根据各自的延时去抢占当前空闲的通讯总线具体包括：当检测到总线上连续相同电平的个数大于或等于所述延时中最小延时能够发送的连续相同电平的个数的时候，具有该最小延时的线卡抢占到当前空闲的通讯总线。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述线卡最初上电运行的时候，所述延时时间是根据各所述线卡的地址而产生的随机值，当所述线卡发送完一帧数据后，所述延时时间是根据发送该帧数据进行循环冗余CRC校验后获取的校验值中选取的随机值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述随机值的预定范围的上限根据通信频度和空闲比例容忍度确定。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当有通讯需求的线卡在抢占通讯总线过程中发生冲突时，停止向所述通讯总线发送数据，并更新所述有通讯需求的线卡的延时时间。

9.一种通讯总线控制装置，其特征在于，包括：

延时时间发生单元，设置在至少两块线卡的每一个上，用于产生彼此不同的延时时间；

延时单元，用于在有通讯需求的线卡检测到通讯总线空闲后，按照所述彼此不同的延时时间进行延时；以及

使能发送单元，用于在所述有通讯需求的线卡抢占到当前空闲的通讯总线时，使能所述有通讯需求的线卡向所述总线发送数据；

更新单元，用于在线卡每次抢占通讯总线时对所述延时时间进行更新。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

冲突判定单元，用于判定所述至少两块线卡在向所述总线发送数据时是否发生数据冲突，

其中，当所述冲突单元检测到的所述线卡发送的数据与所述线卡接收的数据不一致的次数大于预定值时，所述使能发送单元阻止所述线卡向所述总线发送数据，以及延时时间发生单元更新所述线卡上的延时时间。

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