CN101795266A - 航电asm协议控制器 - Google Patents

Abstract

一种航电ASM协议控制器在光纤通道基础上，采用纯硬件电路实现了ASM通信协议处理功能，研制专用的ASM协议控制器，实现了消息存储管理、发送调度、协议封装、接收解封装等功能。本发明通信开销小：ASM协议控制器采用硬件实现了ASM协议封装，解封装，避免了主机系统协议开销；优先级调度策略：协议处理器按照紧急、周期、事件消息的调度策略实现通信调度，满足航电不同消息传输的服务质量要求；通信带宽高：ASM控制器能够在消息间间隔空隙中完成数据的协议处理，保证通信能够达到线速率的传输要求。

Description

航电ASM协议控制器

技术领域

本发明属于计算机硬件技术，涉及航电ASM协议控制器的硬件电路实现方法。

背景技术

新一代军用飞机航电系统选用以光纤通道FC作为机载统一网络，单节点传输速率为2Gb/s，用于传输消息、数据、图像等信息。

ASM是基于FC网络高层通信协议，具有确定性、安全性、低延时性的特点，主要用于航电系统主干通信网络。

ASM通信协议一般采用主机软件处理，占用大量的CPU处理资源、协议处理开销大。通信协议处理时间远远超过数据帧的传输时间，通信接口效率低、传输延迟大，难以发挥光纤通道高速传输优势，也无法满足航电系统通信确定性传输要求。

本专利采用纯硬件实现ASM协议处理和通信调度可满足实时控制应用领域的需要。

发明内容：

本发明的目的是提供一种航电ASM协议控制器，其具体是提供一种高效的航电ASM处理和确定性调度的航电ASM协议控制器电路。

本发明的技术解决方案是：

一种航电ASM协议控制器，其特殊之处是，在光纤通道链路层上增加专用电路用于实现航电ASM协议处理和确定性消息调度管理；所述专用电路为ASM协议控制器电路，它包括：

(1)消息队列控制寄存器组，包括消息队列基地址QueueBase、队列深度QueueLen，头指针Head和尾指针Tail，消息最大长度MsgMaxLen；

(2)消息调度控制寄存器组，包括消息类型MsgType，消息调度周期Period；

(3)协议分片控制寄存器组，包括发送数据帧计数寄存器SendCnt和接收数据帧计数寄存器RecvCnt；

(4)发送调度控制；

(5)协议封装的控制单元，包括发送消息ID、目标地址、发送分片控制寄存器、协议封装控制逻辑；

(6)协议解析的控制单元，包括接收消息ID与消息队列映射表，接收分片信息，协议解析控制逻辑；

(7)发送DMA控制器；

(8)接收DMA控制器；

上述航电ASM协议控制器，其特殊之处是：包括在主机空间上开辟一片用于存放消息的存储区域，每个消息对应多个缓冲区，每个缓冲区的大小为消息的最大长度，同一个消息的多个缓冲区在逻辑上构成环形队列，消息队列控制组分别记录每个消息队列基地址、队列深度、队列的头指针、队列尾指针以及消息的最大长度。

上述每个消息环形缓冲区都有对应的队列头指针和尾指针，用于实现消息的存储管理；

消息发送时，主机向发送消息对应环形缓冲区写入消息，ASM协议控制器负责从发送消息对应环形缓冲区读取消息；

消息接收时，ASM协议控制器向接收消息对应的缓冲区写入消息，主机从接收消息对应的缓冲区读取消息；

所述具体队列管理如下：

消息写入时，写入者读取消息队列头指针Head、尾指针Tail以及队列深度QueueLen，当(Tail+1)％QueueLen＝Head，表示队列满，则丢弃消息，否则将消息写入到队尾，并将调整队尾指针，Tail＝(Tail+1)％QueueLen；

消息读取时，读取者读取消息队列头指针Head、尾指针Tail以及队列深度QueueLen，当Tail＝Head，表示队列满，则退出，否则从队头读取消息，并调整队头指针，Head＝(Head+1)％QueueLen。

上述每个发送消息对应一个消息类型和计数器，消息类型分别为紧急消息、周期消息和事件消息，当为周期消息时，按照计数器定义的周期发送消息，计数器精度为1us，32位宽。典型设置范围为：0.5ms、1ms、2ms……128ms，256ms，512ms，1024ms；计数器支持设置、复位和使能，当计数到0时，通知发送调度控制控制逻辑处理。

上述发送消息和接收消息数目的范围为1到512；典型设置范围：8到256。

上述的ASM协议控制器，其特殊之处是，消息的调度按照紧急消息、周期消息和事件消息的优先级顺序调度，对于紧急消息和事件消息，消息放入到队列后，即提交消息调度，而对于周期消息还必须等待消息对应的计数器计数到零，才能提交消息调度。

上述航电ASM协议控制器，其特殊之处是，协议封装的控制单元，根据消息控制信息读取消息内容，构建数据帧头和帧尾，形成数据帧，提交物理链路发送。当发送完成一个完整的消息更新队列头指针通知主机已完成消息的发送。

上述航电ASM协议控制器，其特殊之处是，协议解析的控制单元完成数据帧头的协议解析，将数据帧内容写入到对应的消息缓冲区，当完成一个完整消息的数据组织，更改队列尾指针，通知主机接收到了新的消息。

在光纤通道链路层之上，采用硬件电路实现ASM协议处理和消息确定性调度。

ASM协议控制硬件电路实现消息的存储管理、通信调度、协议封装与解析。

系统初始化时，主机按照系统通信配置要求，在主机系统存储器空间为每条消息分配空间，建立环形缓冲队列，ASM协议控制器负责维护每个消息队列控制信息。

发送数据时，主机将消息内容以及长度写入消息ID对应的消息队列，更新队列指针通知协议控制器处理。协议控制按照消息的调度策略，从多个发送队列选取具备条件的消息，并按照ASM协议帧格式完成光纤通道数据帧的封装，提交光纤通道链路层进行发送。

消息接收时，协议控制器解析ASM数据帧，确定接收消息队列，将相关一组数据帧构成消息写入到对应的消息队列，通知主机处理。

本发明具有的优点效果是，采用硬件电路完成ASM协议处理和确定性调度。航电ASM协议控制器具有以下优点：

传输效率高：采用硬件电路实现ASM协议帧封装与解析，协议处理小于消息的传输时间，数据通信能够达到线速处理要求。

通信开销小：通信过程，主机在本地存储器读取和写入消息内容，不必进行额外协议处理，主机通信开销小。

调度确定性：每个消息分配独立队列消息队列，采用硬件逻辑按照消息类型进行调度，调度具有很好的确定性。

延迟确定性：周期性消息队列采用独立的计数器进行周期控制，保证周期性任务传输确定性。

附图说明

图1是航电ASM协议控制器功能框图；

图2为发送消息控制列表；图3为接收消息控制列表。

具体实施方式

航电ASM协议控制器的功能框图如图1所示，航电协议控制器包括发送队列控制，接收队列控制、发送调度控制、ASM协议封装、ASM协议解析等几部分组成。具体实现方式如下：

(1)发送队列控制

在通信之前，主机根据发送通信表分配消息队列存储区域，每个消息队列存储区域由多个缓冲区构成，逻辑上构成一个环形队列，每个缓冲区可存放一个最大长度的消息。

主机与协议控制器之间的信息交互采用环形队列管理方式，每个发送消息队列对应一组控制信息包括：消息队列基地址QueueBase、队头指针Head，消息最大长度MsgMaxLen等信息。主机负责维护队尾指针，协议控制器负责维护队头指针。

主机写入消息的过程如下：

a.读取发送消息队列指针Tail和Head；

b.判断队列是否满？如果队列满，则退出，队列满的条件为：(Tail+1)％QueueLen＝Head；

c.根据Tail和消息队列基地址，计算消息内容的地址；

d.将消息内容写入到消息队列中；

e.将队尾指针Tail值更改为(Tail+1)％QueueLen，写回队尾指针寄存器；

f.返回。

ASM协议控制器读取消息的过程如下：

a.读取发送消息队列指针Tail和Head；

b.判断队列是否空？如果队列空，则退出，队列为空的条件为：Tail＝Head；

c.根据Head和消息队列基地址，计算消息内容的地址；

d.从消息队列读取消息内容；

e.将队头指针Head值更改为(Head+1)％QueueLen，写回队头指针寄存器；

f.返回。

(2)接收队列控制

在通信之前，主机根据接收通信表分配消息队列存储区域，每个消息队列存储区域由多个缓冲区构成，逻辑上构成一个环形队列，每个缓冲区可存放一个最大长度的消息。

主机与协议控制器之间的信息交互采用环形队列管理方式，每个接收消息队列对应一组控制信息包括：消息队列基地址QueueBase、队头指针Head，消息最大长度MsgMaxLen等信息。协议控制器负责维护队尾指针，主机负责维护队头指针。

协议控制器写入消息的过程如下：

a.读取发送消息队列指针Tail和Head；

b.判断队列是否满？如果队列满，则退出，队列满的条件为：(Tail+1)％QueueLen＝Head；

c.根据Tail和消息队列基地址，计算消息内容的地址；

d.将消息内容写入到消息队列中；

e.将队尾指针Tail值更改为(Tail+1)％QueueLen，写回队尾指针寄存器；

f.返回。

主机读取消息的过程如下：

a.读取发送消息队列指针Tail和Head；

b.判断队列是否空？如果队列空，则退出，队列为空的条件为：Tail＝Head；

c.根据Head和消息队列基地址，计算消息内容的地址；

d.从消息队列读取消息内容；

e.将队头指针Head值更改为(Head+1)％QueueLen，写回队头指针寄存器；

f.返回。

(3)发送调度控制

ASM协议控制发送调度要求满足航电应用中紧急消息、周期消息、事件消息等通信要求。

每个发送消息队列对应一组通信调度相关的控制信息，包括消息类型MsgType，发送周期计数器Period；发送周期计数器的精度为1us，32位宽。典型设置范围为：0.5ms、1ms、2ms……128ms，256ms，512ms，1024ms。计数器支持设置、复位和使能。

发送调度控制按照紧急消息、周期消息和事件消息的先后顺序进行调度，消息队列具备调度条件的要求如下：

a.消息队列类型为紧急消息和事件消息，消息队列有消息；

b.消息队列类型为周期消息，消息队列有消息，并且周期计数器计数到0。

通信调度器分为两级调度：组内调度和组间调度，将消息队列中的紧急消息、周期消息和事件消息分别分一组，组内调度采用公平轮转调度策略，从同一类型的消息队列选取具备条件的发送消息队列，组间调度按照紧急消息、周期消息和事件消息优先级顺序进行调度。

(4)ASM协议封装

每个发送消息队列对应一组协议封装相关的控制信息，包括消息ID、目标地址DID、发送分片计数Send_Cnt，ASM协议控制器按照这些控制信息，将消息封装成光纤通道ASM数据帧，ASM数据帧格式定义如图所示。

ASM协议封装过程如下：

a.获取消息地址

协议控制器获取消息队列基地址QueueBase、队头指针Head，消息最大长度MsgMaxLen，计算消息的基地址，计算方法为MsgAddr＝QueueBase+Head*MsgMaxLen；

b.读取消息长度

消息前4字节为消息长度，从消息地址读取消息长度信息CurMsgLen；

c.判断是否为最后分片

获取分片计数Send_Cnt，当CurMsgLen-(Send_Cnt+1)*2112＞0，表示分片为中间分片，否则为最后一个分片。当分片为中间分片则分片长度为2112，当为最后分片则分片长度为CurMsgLen-Send_Cnt*2112。

d.数据帧的组织

根据消息ID、分片计数Send_Cnt、分片长度等信息构成ASM消息数据帧头和帧尾信息，根据分片计数Send_Cnt，计算分片地址，从主机空间读取消息内容，填充ASM消息数据域中。最终形成完整的数据帧提交光纤通道链路层发送。

当该分片为中间分片时，帧尾结束符为EOFn，数据帧提交物理链路层后，分片计数Send_Cnt加1。

当该分片为最后分片时，帧尾结束符为EOFt(表明消息最后一个数据帧)，数据帧提交物理链路层后，分片计数Send_Cnt置0，并且需要调整消息队头指针Head。

(5)ASM协议解析

每个接收消息队列对应一组协议解析相关的控制信息，包括消息ID、接收分片计数Recv_Cnt，ASM协议控制器按照这些控制信息，将一组消息相关ASM数据帧，组装成一个消息。

ASM协议解析过程如下：

a.数据帧解析

接收数据帧，解析消息帧头、帧尾信息，获取该分片的消息ID、分片信息，是否为消息的最后分片等信息。

b.获取消息队列

通过分片的消息ID，查找消息ID与接收消息的映射表，找到对应的接收消息队列，获取相应的控制信息。

c.判断分片顺序正确性

比较分片数据帧中的Frame_Cnt与消息队列接收分片计数Recv_Cnt，判断分片顺序是否正确，如果Frame_Cnt！＝0，并且Frame_Cnt！＝RecvCnt，则表示消息顺序错，丢弃分片数据帧。

d.获取消息地址

协议控制器获取消息队列基地址QueueBase、队头指针Head，消息最大长度MsgMaxLen，计算消息的基地址，计算方法为MsgAddr＝QueueBase+tail*MsgMaxLen。

e.消息写入

根据接收分片计数Frame_Cnt计算偏移地址，将分片数据帧内容写入到消息队列，当写入的分片数据帧为消息的最后一个分片，计算消息长度，写到消息头4个字节处，并将RecvCnt置为0，更新消息队列指针，通知主机接收。

Claims (8)

1.一种航电ASM协议控制器，其特征是，在光纤通道链路层上增加专用电路用于实现航电ASM协议处理和确定性消息调度管理；所述专用电路为ASM协议控制器电路，它包括：

(1)消息队列控制寄存器组，包括消息队列基地址QueueBase、队列深度QueueLen，头指针Head和尾指针Tail，消息最大长度MsgMaxLen；

(2)消息调度控制寄存器组，包括消息类型MsgType，消息调度周期Period；

(3)协议分片控制寄存器组，包括发送数据帧计数寄存器SendCnt和接收数据帧计数寄存器RecvCnt；

(4)发送调度控制；

(5)协议封装的控制单元，包括发送消息ID、目标地址、发送分片控制寄存器、协议封装控制逻辑；

(6)协议解析的控制单元，包括接收消息ID与消息队列映射表，接收分片信息，协议解析控制逻辑；

(7)发送DMA控制器；

(8)接收DMA控制器；

2.根据权利要求1所述航电ASM协议控制器，其特征是：包括在主机空间上开辟一片用于存放消息的存储区域，每个消息对应多个缓冲区，每个缓冲区的大小为消息的最大长度，同一个消息的多个缓冲区在逻辑上构成环形队列，消息队列控制组分别记录每个消息队列基地址、队列深度、队列的头指针、队列尾指针以及消息的最大长度。

3.根据权利要求1或2所述航电ASM协议控制器，其特征是：所述每个消息环形缓冲区都有对应的队列头指针和尾指针，用于实现消息的存储管理；

消息发送时，主机向发送消息对应环形缓冲区写入消息，ASM协议控制器负责从发送消息对应环形缓冲区读取消息；

消息接收时，ASM协议控制器向接收消息对应的缓冲区写入消息，主机从接收消息对应的缓冲区读取消息；

所述具体队列管理如下：

消息写入时，写入者读取消息队列头指针Head、尾指针Tail以及队列深度QueueLen，当(Tail+1)％QueueLen＝Head，表示队列满，则丢弃消息，否则将消息写入到队尾，并将调整队尾指针，Tail＝(Tail+1)％QueueLen；

消息读取时，读取者读取消息队列头指针Head、尾指针Tail以及队列深度QueueLen，当Tail＝Head，表示队列满，则退出，否则从队头读取消息，并调整队头指针，Head＝(Head+1)％QueueLen。

4.根据权利要求3所述航电ASM协议控制器，其特征是：所述每个发送消息对应一个消息类型和计数器，消息类型分别为紧急消息、周期消息和事件消息，当为周期消息时，按照计数器定义的周期发送消息，计数器精度为1us，32位宽。典型设置范围为：0.5ms、1ms、2ms……128ms，256ms，512ms，1024ms；计数器支持设置、复位和使能，当计数到0时，通知发送调度控制控制逻辑处理。

5.根据权利要求4所述航电ASM协议控制器，其特征是：所述发送消息和接收消息数目的范围为1到512；典型设置范围：8到256。

6.根据权利要求5所述的ASM协议控制器，其特征是，消息的调度按照紧急消息、周期消息和事件消息的优先级顺序调度，对于紧急消息和事件消息，消息放入到队列后，即提交消息调度，而对于周期消息还必须等待消息对应的计数器计数到零，才能提交消息调度。

7.根据权利要求6所述航电ASM协议控制器，其特征是，协议封装的控制单元，根据消息控制信息读取消息内容，构建数据帧头和帧尾，形成数据帧，提交物理链路发送。当发送完成一个完整的消息更新队列头指针通知主机已完成消息的发送。

8.根据权利要求7所述航电ASM协议控制器，其特征是，协议解析的控制单元完成数据帧头的协议解析，将数据帧内容写入到对应的消息缓冲区，当完成一个完整消息的数据组织，更改队列尾指针，通知主机接收到了新的消息。

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