CN105022710B - 用于硬件组件之间的输入和输出的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为用于硬件组件之间的输入和输出的系统及方法。提供用于连网硬件组件之间的输入和输出的系统及方法。该系统能够将硬件控制信号转换为网络帧供通过网络结构传输。还可传送元数据或数据有效载荷信息。该系统则能够接收网络帧，并且将其转换为复制硬件控制信号供执行。多个硬件组件能够共同工作以用于协调动作的执行。

Description

用于硬件组件之间的输入和输出的系统及方法
相关申请
本申请涉及美国专利申请号14/051137(2013年10月10日提交，标题为“SYSTEMAND METHOD FOR SYNCHRONIZING NETWORKED COMPONENTS”)，通过引用将其完整地结合到本文中。
技术领域
一般来说，本文所公开的主题涉及硬件(HW)组件之间的通信。
背景技术
许多行业要求硬件系统组件相互之间以极高速度并且以高可靠性进行通信。例如，医疗图像获取要求各种子系统之间的高速取样和信令。医疗图像获取系统可能是CT、MRI、x射线、PET、SPECT或其它诊断系统。其它示范行业是汽车、航空、机车、制造等行业。常规通信方法是使用定制布线中的物理导线在子系统之前传送数字输入和输出(IO)信号。当新特征需要附加信令时，系统可要求处理器、电路板和布线的物理重新设计以进行适应。这能够导致问题，特别是在具有长使用期限的硬件产品或者安装于难以接近位置的硬件中。此外，一些系统因系统布局或空间限制而无法具有附加布线或物理修改。
需要一种组网通信系统，其提供硬件组件之间的可靠通信以及调整通信系统的灵活性，而无需电路板的重新设计以及对通信布线的物理调整。
发明内容
按照一实施例，公开一种通信系统，包括第一通信单元；第一硬件设备，连接到第一通信单元；第二通信单元；网络结构，连接第一通信单元和第二通信单元；其中第二通信单元接收硬件控制信号，将硬件控制信号转换为包含执行时间的网络帧，并且经由网络结构将网络帧传送给第一通信单元；其中第一通信单元接收网络帧，将网络帧转换为复制硬件控制信号，并且将复制硬件控制信号传送给第一硬件设备；以及其中第一硬件设备在执行时间基于复制硬件控制信号来执行动作。如果硬件控制信号状态保持被断言，则第二通信单元能够传送周期刷新帧。
此外，通信系统能够具有：第一通信单元，在接收相关网络帧之后而在执行时间之前，向硬件设备发送预先通知信号；以及第一硬件设备，在接收预先通知信号之后而在执行时间之前，执行与复制硬件控制信号相关的预备功能。该系统还能够具有连接到第二通信单元的第二硬件设备；其中第二通信单元接收包含硬件控制信息和第二执行时间的第二网络帧，将第二网络帧转换为复制硬件控制信号，并且在执行时间将复制硬件控制信号传送给第二硬件设备。
协调动作或调度事件也是该系统的一个方面，其中具有：第三通信单元，连接到网络结构；第三硬件设备，连接到第三通信单元；其中第三通信单元接收网络帧，将网络帧转换为复制硬件控制信号，并且将复制硬件控制信号传送给第三硬件设备；以及其中第三硬件设备基于复制硬件控制信号来执行与第一硬件设备的协调动作。第一通信单元能够包括：缓冲器；以及第一通信单元，能够将用于传输到第一硬件设备的多个硬件控制信号及其相应执行时间存储在所述缓冲器中。这支持流水线技术。
按照一实施例，公开一种用于具有连接多个通信单元的网络结构的通信系统的通信方法，包括：在源通信单元从源硬件装置接收硬件控制信号；由源通信单元将硬件控制信号转换为一个或多个RTL帧，RTL帧包含执行时间；通过网络结构将RTL帧从源通信单元传送到一个或多个目标通信单元；在一个或多个目标通信单元接收RTL帧；由一个或多个目标通信单元将RTL帧转换为复制硬件控制信号；将复制硬件控制信号存储在一个或多个目标通信单元中，直到执行时间为止；在执行时间由相应的一个或多个目标通信单元将复制硬件控制信号传送给一个或多个目标硬件装置。
该方法还能够包括：由多具目标通信单元在同一执行时间将复制硬件控制信号传送给其相应目标硬件装置；以及由目标硬件装置基于复制硬件控制信号来执行协调动作。此外，该方法能够包括：在接收相关网络帧之后而在执行时间之前将预先通知信号从至少一个目标通信单元传送给其相应目标硬件装置；以及由相应目标硬件装置在接收预先通知信号之后而在执行时间之前执行与复制硬件控制信号相关的预备功能。
按照一实施例，公开一种通信方法，包括：从网络结构接收网络帧，该网络帧包含硬件控制信号信息和执行时间；将网络帧转换为复制硬件控制信号；以及在执行时间将复制硬件控制信号输出到硬件设备，以完成动作。此外，每个帧可包含优先级字段、操作码字段和数据有效载荷信息。
系统和方法能够采用在扫描架控制板上实现的第一通信单元以及具有作为x射线管、图像探测器、准直仪或数据获取系统其中之一的硬件设备来实现。协调动作能够是成像动作。网络结构、硬件装置和通信单元能够至少由医疗成像扫描架来支承。
技术方案1：一种通信系统，包括：
第一通信单元；
第一硬件设备，连接到所述第一通信单元；
第二通信单元；
网络结构，连接所述第一通信单元和所述第二通信单元；
其中所述第二通信单元接收硬件控制信号，将所述硬件控制信号转换为包含执行时间的网络帧，并且经由所述网络结构将所述网络帧传送给所述第一通信单元；
所述第一通信单元接收所述网络帧，将所述网络帧转换为复制硬件控制信号，并且将所述复制硬件控制信号传送给所述第一硬件设备；以及
所述第一硬件设备在所述执行时间基于所述复制硬件控制信号来执行动作。
技术方案2：如技术方案1所述的通信系统，其中：
所述网络结构是串行RapidIO。
技术方案3：如技术方案1所述的通信系统，其中：
所述第一通信单元在接收相关网络帧之后而在所述执行时间之前，向所述硬件设备发送预先通知信号；以及
所述第一硬件设备在接收所述预先通知信号之后而在所述执行时间之前，执行与所述复制硬件控制信号相关的预备功能。
技术方案4：如技术方案1所述的通信系统，其中：
所述第一通信单元在扫描架控制板上实现；以及
所述硬件设备是x射线管、图像探测器、准直仪或数据获取系统其中之一。
技术方案5：如技术方案1所述的通信系统，还包括：
第二硬件设备，连接到所述第二通信单元；
其中所述第二通信单元接收包含硬件控制信息和第二执行时间的第二网络帧，将所述第二网络帧转换为复制硬件控制信号，并且在所述执行时间将所述复制硬件控制信号传送给所述第二硬件设备。
技术方案6：如技术方案1所述的通信系统，还包括：
第三通信单元，连接到所述网络结构；
第三硬件设备，连接到所述第三通信单元；
其中所述第三通信单元接收所述网络帧，将所述网络帧转换为复制硬件控制信号，并且将所述复制硬件控制信号传送给所述第三硬件设备；以及
所述第三硬件设备基于所述复制硬件控制信号来执行与所述第一硬件设备的协调动作。
技术方案7：如技术方案6所述的通信系统，其中：
所述协调动作是成像动作。
技术方案8：如技术方案1所述的通信系统，其中：
除了硬件控制信号信息之外，所述网络帧还包含元数据或数据有效载荷信息。
技术方案9：如技术方案1所述的通信系统，其中：
如果所述硬件控制信号状态保持被断言，则所述第二通信单元传送周期刷新帧。
技术方案10：如技术方案1所述的通信系统，其中：
所述第二通信单元使用所述硬件控制信号的接收的时间和网络延迟常数来计算所述执行时间。
技术方案11：如技术方案1所述的通信系统，其中：
所述第一通信单元还包括缓冲器；以及
所述第一通信单元能够将用于传输到所述第一硬件设备的多个硬件控制信号及其相应执行时间存储在所述缓冲器中。
技术方案12：一种用于具有连接多个通信单元的网络结构的通信系统的通信方法，包括：
在源通信单元从源硬件装置来接收硬件控制信号；
由所述源通信单元将所述硬件控制信号转换为一个或多个RTL帧，所述RTL帧包含执行时间；
通过所述网络结构将所述RTL帧从所述源通信单元传送给一个或多个目标通信单元；
在所述一个或多个目标通信单元接收所述RTL帧；
由所述一个或多个目标通信单元将所述RTL帧转换为复制硬件控制信号；
将所述复制硬件控制信号存储在所述一个或多个目标通信单元中，直到所述执行时间为止；
由相应一个或多个目标通信单元在所述执行时间将所述复制硬件控制信号传送给一个或多个目标硬件装置。
技术方案13：如技术方案12所述的方法，其中：
所述网络结构、硬件装置和通信单元至少部分由医疗成像扫描架来支承。
技术方案14：如技术方案12所述的通信方法，还包括：
由多个目标通信单元在同一执行时间向其相应目标硬件装置传送所述复制硬件控制信号；以及
由所述目标硬件装置基于所述复制硬件控制信号来执行协调动作。
技术方案15：如技术方案12所述的通信方法，还包括：
如果所述硬件控制信号保持被断言，则将周期刷新帧从所述源通信单元传送给所述一个或多个目标通信单元。
技术方案16：如技术方案12所述的通信方法，还包括：
在接收相关网络帧之后而在所述执行时间之前，将预先通知信号从至少一个目标通信单元传送给其相应目标硬件装置；以及
由所述相应目标硬件装置在接收所述预先通知信号之后而在所述执行时间之前，执行与所述复制硬件控制信号相关的预备功能。
技术方案17：一种通信方法，包括：
从网络结构接收网络帧，所述网络帧包含硬件控制信号信息和执行时间；
将所述网络帧转换为复制硬件控制信号；以及
在所述执行时间将所述复制硬件控制信号输出到硬件设备，以完成动作。
技术方案18：如技术方案17所述的方法，其中：
每个帧还包含优先级字段、操作码字段和数据有效载荷信息。
技术方案19：如技术方案17所述的方法，其中：
周期地接收所述网络帧；以及
所述硬件控制信号信息指示状态断言。
技术方案20：如技术方案17所述的方法，其中：
所述硬件设备是x射线管、图像探测器、准直仪或数据获取系统其中之一。
附图说明
图1示出按照一实施例、使用虚拟化IO的硬件系统的框图。
图2示出按照一实施例、详述硬件系统中的RTL逻辑的框图。
图3示出按照一实施例的示例RTL帧。
图4示出按照一实施例的RTL调度事件的定时和执行。
图5示出按照一实施例的RTL状态事件的定时和执行。
图6示出按照一实施例、具有预先通知信令的RTL状态事件的定时和执行。
图7示出按照一实施例的RTL未调度状态的执行。
图8示出按照一实施例的CT系统的透视图。
图9示出按照一实施例的CT系统的框图。
具体实施方式
通过结合附图进行阅读，将会更好地理解以上概述以及某些实施例的以下详细描述和权利要求书。在附图示出各个实施例的功能块的简图的意义上，功能块不一定表示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能块的一个或多个(例如处理器、控制器或存储器)可通过单个硬件(例如，通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘、FPGA等)或者多个硬件来实现。类似地，程序可以是独立程序，可结合为操作系统中的子例程，可以是已安装软件包中的功能，等等。应当理解，各个实施例并不局限于附图所示的布置和工具。
本文所使用的、以单数形式所述并且具有数量词“一”或“一个”的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤的情况，除非明确说明了这种排除情况。此外，提到“一个实施例”并不是要被解释为排除也结合了所述特征的其它实施例的存在。此外，除非相反的明确说明，否则，“包括”、“包含”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加的这类元件。
图1示出按照一实施例、使用虚拟化IO的硬件系统的框图。图1详述用于通过时间同步交换网络结构以控制一个或多个硬件装置、以便实现硬件系统中的单独和协调任务的虚拟化IO的方法和设备。通过虚拟化经由高速交换网络结构的数字IO信号，系统消除对附加数字IO信号在物理上重新设计组件的需要。该系统利用实时线(RTL：real-time-line)，如以下论述和定义。
电路板12、14和16是示范电路板，其各与硬件装置进行交互和/或对其进行控制。电路板12、14和16进行协调以与硬件系统进行交互并且对其进行控制，以便完成动作和任务。这些动作能够跨多个硬件装置来同步和协调。
电路板12包括CPU 18、HW逻辑20、RTL逻辑22和开关24。按照备选实施例，电路板12能够嵌入、安装到、附连到、远离或者设置靠近它与其进行交互和/或对其进行控制的硬件设备。从电路板12到其关联硬件设备或多个设备的连接存在，但是在图1中未示出。
CPU 18是通常以高指令吞吐量进行操作的中央处理器、处理器(例如ASIC、FPGA)或常规处理器。CPU 18可控制除了图1所示之外的系统的许多方面，正如本领域的技术人员已知。
HW逻辑20与硬件设备、CPU 18和RTL逻辑22进行接口。HW逻辑20向RTL逻辑22发送硬件控制信号，供跨结构26传递。HW逻辑20从RTL逻辑22接收从结构26来接收的复制硬件控制信号。硬件控制信号沿到硬件组件和子系统的传导线路能够是逻辑1和0。逻辑1和0可表示某些电压(例如1逻辑 = 3伏，0逻辑=0伏)。按照一些实施例，HW逻辑20能够是设计用于特定硬件装置的专用集成电路(ASIC)。在其它实施例中，HW逻辑20能够是可重编程FPGA，其控制通用硬件装置或多个硬件装置。
RTL逻辑22、即通信单元把来自HW逻辑20和CPU 18的硬件控制信号转换为网络帧，供利用开关24传输到结构26。RTL逻辑22还将所接收网络帧转换为复制硬件信号，以便发送给HW逻辑20。下面进一步论述RTL逻辑22。
电路板14与电路板12相似地包括CPU、HW逻辑和RTL逻辑单元，但是其设计用于它与其进行交互和/或对其进行控制的特定硬件。电路板14在这个实施例中没有包括开关，以示出该系统的各种备选设置。电路板16在概念上与电路板12相似地包括RTL逻辑和HW逻辑单元，同时设计用于它与其进行交互和/或对其进行控制的特定硬件。因此，该装置能够只向装置传递硬件级控制信号供操作，而没有CPU的附加智能或功能性。
结构26是交换网络结构，有时称作交换结构、网络结构或结构。按照一个实施例，网络节点、例如电路板12、14和16经过开关24连接到结构26。开关24可处于如图1所示具有RTL逻辑块的电路板上，或者可作为其自身电路板上的独立块。在备选实施例中能够使用多个开关。结构上的节点高速仲裁传输权。
可使用的结构的一个示例是RapidIO。RapidIO是嵌入式硬件计算中使用的开放标准交换结构。此外，RapidIO是高性能分组交换互连技术。RapidIO结构能够保证有序分组传递，从而实现通过硬件的功率和面积有效协议实现。串行RapidIO(sRIO)网络结构实现的目标之一是通过与其它网络业务利用作为sRIO网络上的分组的这些控制信号，来取代许多分立信令线(通过硬件逻辑和/或嵌入式软件代码所驱动)。因此，在一个实施例中，作为举例而不是限制，开关24是符合sRIO标准的开关。在备选实施例中，可使用其它网络结构设计。
在结构26上，源节点是网络帧的始发方或产生者。宿节点是网络帧的目的地或订户。源节点把来自HW逻辑或CPU的输出变换为一个或多个网络帧，其在网络结构26上发出。结构26能够将这些帧路由到单个宿节点，或者将帧多播到多个宿节点。这些帧在宿节点上接收，并且被复制以供在与宿节点关联的硬件上执行。在一个实施例中，存在网络帧的保证有序传递，其中不要求从宿节点返回到源节点的确认帧。
参与结构26的各节点(作为虚拟化IO)应当同步到公共时钟。各节点上的时钟能够按照多种方式来同步。全球时间是所有参与节点的同步时间值。各节点可具有全球时间计数器。这些计数器的时钟能够经过锁相或者与主节点同步，使得它们没有漂移。同步方法将规定复制信号中的相位延迟量。按照一些实施例，通过使用美国专利申请号14/051137(通过引用结合到本文中)中进一步论述的时间同步方法，宿节点上的虚拟化IO信号的恢复对源节点信号能够在时间上精确到10纳秒-2微秒精度之内。硬件系统最佳地实现为具有确定性时间。这意味着，时间在各种组件上没有漂移或抖动。因为各节点能够具有其自己的计数器，并且计数器能够同步，所以实现确定性时间可预测性。另外，相位延迟跨硬件组件是确定性的。
虽然在一个实施例中，电路板12、14和16控制如参照图8和图9所述的计算机断层扫描(CT)系统的硬件组件，但是本发明的电路板系统可在汽车、海运、铁路、飞机、制造和其它硬件系统中实现。
图2示出按照一实施例、详述硬件电路板中的RTL逻辑的框图。在备选实施例中，RTL逻辑能够通过硬件FPGA或ASIC来实现。在FPGA实现中，能够更新RTL逻辑22，而无需物理上改变系统的组件，从而使可再配置性对硬件系统更为简易。
HW逻辑20生成硬件控制信号，并且将它发出，好像它通过硬连线连接到目标硬件装置一样。在一备选实施例中，运行软件的CPU 18可生成硬件控制信号，并且将它发出，好像它通过导线连接到目标硬件装置一样。RTL逻辑22接收硬件控制信号，并且对HW逻辑20和CPU 18(若CPU用于特定系统中)透明地对它虚拟化。RTL逻辑22利用RTL成帧器30来将硬件控制信号或硬线转换为作为RTL帧32的基于帧的等效体。RTL帧32然后发送给网络端点34。网络端点34基于对网络结构26所实现的特定技术来添加充分帧信息，以允许RTL帧通过网络结构26来传送。例如，如果网络结构26是基于sRIO的，则网络端点34将RTL帧32调整为符合sRIO。这生成虚拟化IO事件或RTL。
如双向箭头所示，RTL逻辑22还能够对IO事件进行接收并且去虚拟化。网络端点34去除结构特定信息。RTL帧32然后发送给RTL成帧器30。RTL成帧器30将RTL帧转换为复制硬件控制信号，并且将其传送给HW逻辑供控制和执行。如果在帧中指定的执行时间之前接收网络帧，则RTL成帧器30能够将信号存储在缓冲器或FIFO队列中，供在执行时间传输到HW逻辑20。因此，接收电路板可具有在时帧中接收的多个RTL，并且各在RTL逻辑22所接收的RTL帧32中指示的执行时间来转换为送往HW逻辑20的特定硬件控制信号。如果RTL成帧器30存储供将来执行的信号，则它能够向HW逻辑20发送pre_notify（预先通知）信号，如下面进一步论述。附加信号可基于特定实现来发送给CPU。
图3示出按照一实施例的RTL帧的示范字段。术语“帧”与分组可互换地使用。RTL帧38包括系统、CPU和/或用户可选择字段，其允许RTL IO事件进行操作。图3示出帧的示范字段，但是不是指示RTL帧38中的字段的特定位长度。位长度对不同字段能够是不同的。例如，优先级可以是两个位长，而元数据或数据有效载荷可能超过100个字(每个字32位)长。RTL帧38可以不包含全网络结构字段，其是通过网络结构进行传送所需要的。那些可由网络端点来添加和调整。
执行时间能够设置硬件系统中的调度事件、调度状态、未调度状态或其它执行事件的将来时间，其中具有任何所添加确定性延迟。执行时间也能够设置为将来时间高或将来时间低，从而指示由RTL成帧器接收的特定硬件控制线类型。操作码识别将执行的特定操作。能够存在对操作的特定方面的主要和将要操作码。操作可能是一组事件操作或单个硬件执行。因为TL在网络结构上实现，所以系统能够使用命令或元数据字段来添加数据或参数有效载荷，其中具有分组以提供比只采用导线可得到的要多的信息。因此，命令和元数据在某些类型的RTL中添加附加信息。它们没有包含在所有RTL帧中。目的地设置关于原始硬件控制信号打算要到达哪些硬件装置的网络信息。这将目标硬件的硬件级识别转换成虚拟化目标信息。如果网络结构需要仲裁对结构的访问，则优先级能够设置RTL应当接收的重要性等级。另外，接收硬件也可需要与它正接收的硬件控制信号有关的优先级信息。状态能够是逻辑“1”或“0”，指示将要在目标硬件上设置的硬件控制信号的状态。
接收、利用和/或传送元数据或数据有效载荷的硬件装置可以是如图1所示包括CPU以帮助更复杂事务的硬件装置。
图4示出按照一实施例的RTL调度事件的定时和执行。RTL调度事件是时间触发事件，其在一个或多个同步目标硬件装置上发生。例如，CT系统中的扫描架控制板向系统硬件组件发送调度事件，以运行事件。如果事件是成像扫描，则RTL调度事件从扫描架控制板(源节点)转到许多潜在硬件组件(宿节点)，例如，扫描床需要将患者移进正确位置，x射线管需要在特定时间脉冲调节x射线和电压电平，图像探测器接收图像，准直仪可基于台架位置来调整准直仪叶片角，扫描架电动机使旋转构件自旋以使x射线成角度，以及其它组件全部进行协调以使完全扫描操作进行。
由于RTL调度事件是单一或周期事件。还有可能将附加元数据或数据有效载荷(例如来自源的参数数据、送往源的指令、台架的位置、扫描架的轴向角的如何)附于信号，其能够用于复合控制中。元数据或数据有效载荷能够在发送RTL时与事件应当运行时之间的时间(TSYS_DELAY)期间被加载和保存在RTL逻辑的缓冲器中，下面进一步论述。
图4示出源节点HW逻辑20随信号线的上升沿发出事件硬件控制信号P1。RTL逻辑22将P1转换或变换为RTL-P1、即RTL等效体，其例如包括图3的帧信息。RTL-P1包含执行时间。在帧内部，执行时间列示为@t(10)—供在时间=10的调度事件的执行。这个将来时间由成帧器30作为原始时间加上TSYS_DELAY来计算。因此，即使帧从t(0)至t(5)处于网络结构上，但是执行时间延迟到t(10)。在t(10)，接收电路板或宿节点上的RTL逻辑复制硬件控制信号Replicated P1，并且传送给宿节点上的HW逻辑供执行。图4的定时是一示例，在备选实施例中，TSYS_DELAY能够比跨结构的平均传送时间要长20、40或100倍。对于脉动信号，调度事件能够如图4所示定期地发生。
TSYS_DELAY是系统时间延迟值，其帮助确定在源节点的复制硬件信号的执行时间。如图4示出，调度事件的执行时间(例如t(10))能够是初始信号时间(例如t(0))加上TSYS_DELAY(例如10时间单位)。TSYS_DELAY是常数，其必须足够大以考虑：跨网络结构的时间同步的精度、传输中的延迟(包括考虑源与宿节点之间的开关的数量)、在执行预备动作方面的各种硬件装置的速度以及网络结构的误码率，这取决于特定网络结构实现。TSYS_DELAY是系统能够基于系统配置来动态更新的常数。
图5示出按照一实施例的RTL状态事件的定时和执行。状态事件是逻辑电平信号，其需要在一个或多个宿节点上同步。断言状态可被认为是逻辑“1”、高信号、高状态或逻辑高电平。解除断言状态可被认为是逻辑“0”、低信号、低状态或逻辑低电平。状态事件一般不需要图3的附加操作码、命令或元数据帧字段。医疗成像特定的状态事件可能是exposure_enable（启动暴露）命令，其中成像操作必须对暴露时长保持为活动。源节点希望所有相关宿节点在exposure_enable时间周期期间一致地执行其操作。
图5示出源节点HW逻辑发出硬件控制信号S1，其最初处于解除断言状态。RTL逻辑监测HW逻辑。当HW逻辑处于解除断言状态时，RTL逻辑最初没有传送任何RTL帧。S1在t(0)从解除断言状态上升到断言状态。在t(0)，RTL逻辑、具体是RTL成帧器检测断言状态，并且生成具有执行时间RTL-S1-@t(10) rise、指示上升沿的RTL帧。将来执行的时间10的选择基于源节点对如上所述TSYS_DELAY的了解。RTL逻辑、具体是网络端点然后将所生成RTL帧传送给一个或多个目标宿节点。在t(10)，接收电路板或宿节点上的RTL逻辑复制硬件控制信号Replicated S1，并且将断言状态传送给目标板上的HW逻辑供执行。
源节点RTL逻辑监测S1，以及如果仍然被断言，则在间隔TREFRESH发出刷新状态帧。这个刷新通知增加系统的健壮性。TREFRESH跨源和宿节点是相同的。TREFRESH基于信号的关键程度以及接收节点应当对信号丢失作出响应的速度来选择。源节点RTL逻辑将在脉动TREFRESH间隔继续发送刷新状态帧，直到S1被解除断言，从而返回到低逻辑信号。如果源节点RTL逻辑检测到源S1下降沿，则它将RTL帧传送给一个或多个宿节点，指示下降沿-@t(210) fall。因此，在宿节点的replicated S1在时间210被解除断言。
在一个实施例中，RTL帧的丢失还指示解除断言状态。作为示例，这可归因于信号的丢失或者电缆断开连接。超时时间表示没有看到刷新分组的最大纳秒数，而线条在宿节点RTL逻辑丢弃到HW逻辑的replicated S1输出线之前为高电平。
状态RTL充当导线替代技术。因此，状态信号的脉动性质意味着，断言状态不必占据整个结构，以及其它事件能够跨结构发生，只要脉冲分组能够按照调度到达。这是优于具有纯硬线的系统的优点，并且允许系统通过共享网络结构来传递许多IO事件。
图6示出按照一实施例、具有预先通知信令的RTL状态事件的定时和执行。宿节点具有在状态变化分组被接收时使用pre_notify信号来请求早期通知的能力。如果宿节点接收到具有将来时间的状态变化命令的RTL帧，则宿节点HW逻辑能够使用RTL帧的接收与将来执行时间之间的时间来准备硬件供执行(运行预备功能)。在执行时间之前可期望或要求开始准备的动作的示例可能是在探测器将在执行时间接收附加信息之前使数据从探测器缓冲器中被清除，或者将物理组件移进正确位置供在执行时间的所请求动作的执行。Pre-notify信令允许硬件系统中的流水线技术，并且允许硬件组件最有效地被使用。
如图6所示，源节点HW逻辑(TX)指示传送逻辑高电平的user_stae_in。源节点RTL逻辑传送<rise>帧。在执行时间之前的网络传送(xmt)时间之后，在宿节点(RX)接收<rise>帧。因此，宿节点(RX)、具体是通信单元RTL逻辑能够在执行时间立即向HW逻辑发出pre_notify信号以及user_state_out逻辑高信号。源节点RTL逻辑在REFRESH_TIM间隔继续发送刷新帧，直到源节点HW逻辑(TX)下降到逻辑低电平并且<fall>帧被传送。当变化发生时，宿节点(RX)再次能够在执行时间立即向HW逻辑发出预先通知信号以及user_state_out逻辑低信号。这允许宿节点硬件在逻辑状态的任何变化之前运行预备操作。
图7示出按照一实施例的RTL未调度状态的执行。在这个实施例中，RTL帧不要求执行时间。宿节点能够在接收帧时立即复制来自源节点的硬件控制信号。
源节点HW逻辑发出S2硬件控制信号。源节点RTL逻辑监测HW逻辑，并且准备RTL-S2帧供通过网络结构传输到一个或多个宿节点。RTL-S2帧没有包含将来执行时间。因此，当电路板1、即宿节点接收RTL-S2时，它能够复制S2硬件控制信号，并且将它发送给宿节点HW逻辑供就在下一时钟信号执行。信号的丢失能够表示解除断言状态。
图8示出按照一实施例的CT系统的透视图。图9示出按照一实施例的CT系统的框图。在例如CT系统等复合系统中，多个处理器共同连网，以用于控制系统中的许多硬件组件。例如，CT系统可包括X射线源处理器、X射线探测器处理器、位置传感器处理器和扫描架控制板处理器，这些全部配置用于经由网络结构相互通信。也可能经连接以用于通过网络结构的通信的CT系统硬件的示例是x射线、准直仪、台架、扫描架倾斜电动机、对齐灯、扫描架控制板和旋转构件电动机。CT系统可具有一个主源节点、例如扫描架控制板过程或者多个源节点。
图8和图9示出包括扫描架52的计算机断层扫描(CT)成像系统50。扫描架52具有旋转构件54，其中包括x射线源60，其将x射线束62投射到旋转构件54的相对侧的探测器组合件66。X射线源60包括静止靶或旋转靶。探测器组合件66由多个探测器68和数据获取系统(DAS)70来形成，并且能够包括准直仪。多个探测器68感测经过受检者64的投射x射线，并且DAS 70将数据转换成数字信号供后续处理。各探测器68产生模拟或数字电信号，其表示照射x射线束的强度并且因而表示经过受检者64时的经衰减射束。在获取x射线投影数据的扫描期间，旋转构件54和其上安装的组件能够绕旋转中心旋转。
旋转构件54的旋转和x射线源60的操作由CT系统50的控制机构78来管理。控制机构78(例如扫描架控制板)能够包括：x射线控制器72和发电机74，向x射线源60提供电力和定时信号；以及扫描架电动机控制器76，控制旋转构件54的转速和位置。控制机构78能够包括电路板12的组件的部分或全部。图像重构器80从DAS 70接收取样和数字化的x射线数据，并执行高速图像重构。将重构图像输出到计算机82，其将图像存储在计算机存储装置84中。
计算机82还经由操作员控制台86接收来自操作员的命令和扫描参数，其中操作员控制台86具有某种形式的操作员接口，例如键盘、鼠标、触敏控制器、语音激活控制器或者任何其它适当的输入设备。显示器88允许操作员观察来自计算机82的重构图像和其它数据。操作员提供的命令和参数由计算机82用来向DAS 70、x射线控制器72和扫描架电动机控制器76提供控制信号和信息。另外，计算机82操作台架电动机控制器90，其控制电动台架58以便定位受检者64和扫描架52。具体来说，台架58使受检者64整体或部分穿过扫描架开口56或膛。
如本文所述的这种硬件输入和输出系统具有许多有益效果。系统可适合软件或固件更新，例如FPGA更新。这延长系统的可使用寿命。系统允许新特征，而无需更换硬件。这是有价值的，特别是在具有笨重或昂贵硬件的系统中。系统允许通信调整，而无需改变物理导线。这有助于现场工程师或者在这种硬件系统上工作的其他人的安全和时间。通过降低硬件系统中所需的定制布线量，系统具有更轻重量和更低成本。系统更易于仅采用一个潜在传输接口进行调试，以在故障情况下进行审查。以及与相关应用相结合，能够依靠硬件系统以确定性定时和完整性来运行。
各个实施例和/或组件、例如模块或者其中的组件和控制器也可实现为一个或多个计算机或处理器的一部分。计算机或处理器可包括计算装置、输入装置、显示单元以及例如用于访问因特网的接口。计算机或处理器可包括微处理器。微处理器可连接到通信总线。计算机或处理器还可包括存储器。存储器可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或处理器还可包括存储装置，其可以是硬盘驱动器或者可拆卸存储驱动器，例如闪速存储器、磁盘驱动器、光盘驱动器等。存储装置也可以是用于将计算机程序或其它指令加载到计算机或处理器中的其它类似部件。
本文所使用的术语“计算机”或“模块”可包括任何基于处理器或者基于微处理器的系统，其中包括使用微控制器、简化指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够运行本文所述的功能的任何其它电路或处理器的系统。上述示例只是示范性的，并且因而并不是意在以任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含意。
计算机或处理器运行一个或多个存储元件中存储的指令集，以便处理输入数据。存储元件还可根据预期或需要存储数据或其它信息。存储元件可采取处理机中的信息源或物理存储器元件的形式。
指令集可包括各种命令，这些命令指示作为处理机的计算机或处理器执行诸如本发明的各个实施例的方法和过程之类的特定操作。指令集可采取软件程序的形式。软件可采取诸如系统软件或应用软件之类的各种形式。此外，软件可采取独立程序或模块的集合、较大程序中的程序模块或者程序模块的一部分的形式。软件还可包括采取面向对象编程的形式的模块编程。由处理机对输入数据的处理可响应操作员命令或者响应先前处理的结果或者响应另一个处理机所进行的请求而进行。
要理解，预计以上描述是说明性而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可相互结合使用。另外，可对本发明的各个实施例的理论进行多种修改以适合具体情况或材料，而没有背离其范围。虽然本文所述材料的尺寸和类型意在定义本发明的各个实施例的参数，但是实施例决不是限制性的，而只是示范实施例。通过阅读以上描述，许多其它实施例将是本领域的技术人员显而易见的。因此，本发明的各个实施例的范围应当参照所附权利要求连同这类权利要求涵盖的完整等效范围共同确定。
在所附权利要求书中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通语言等效体。此外，在以下权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标号，而不是意在对其对象施加数字要求。此外，以下权利要求书的限制并不是按照部件加功能格式编写的，并且不是意在基于35 U.S.C.§ 112第六节来解释，除非这类权利要求限制明确使用词语用于“…的部件”加上没有其它结构的功能的陈述。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明的各个实施例，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明的各个实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的各个实施例的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果示例包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则这类其它示例意在落入权利要求书的范围之内。

Claims (20)

1.一种通信系统，包括：
第一通信单元；
第一硬件设备，连接到所述第一通信单元；
第二通信单元；
网络结构，连接所述第一通信单元和所述第二通信单元；
其中所述第二通信单元接收硬件控制信号，将所述硬件控制信号转换为包含执行时间的网络帧，并且经由所述网络结构将所述网络帧传送给所述第一通信单元，其中所述执行时间能够被设置为将来时间高或将来时间低以指示所述硬件控制信号的类型；
所述第一通信单元接收所述网络帧，将所述网络帧转换为复制硬件控制信号，并且将所述复制硬件控制信号传送给所述第一硬件设备；以及
所述第一硬件设备在所述执行时间基于所述复制硬件控制信号来执行动作。
2.如权利要求1所述的通信系统，其中：
所述网络结构是串行RapidIO。
3.如权利要求1所述的通信系统，其中：
所述第一通信单元在接收相关网络帧之后而在所述执行时间之前，向所述硬件设备发送预先通知信号；以及
所述第一硬件设备在接收所述预先通知信号之后而在所述执行时间之前，执行与所述复制硬件控制信号相关的预备功能。
4.如权利要求1所述的通信系统，其中：
所述第一通信单元在扫描架控制板上实现；以及
所述硬件设备是x射线管、图像探测器、准直仪或数据获取系统其中之一。
5.如权利要求1所述的通信系统，还包括：
第二硬件设备，连接到所述第二通信单元；
其中所述第二通信单元接收包含硬件控制信息和第二执行时间的第二网络帧，将所述第二网络帧转换为复制硬件控制信号，并且在所述执行时间将所述复制硬件控制信号传送给所述第二硬件设备。
6.如权利要求1所述的通信系统，还包括：
第三通信单元，连接到所述网络结构；
第三硬件设备，连接到所述第三通信单元；
其中所述第三通信单元接收所述网络帧，将所述网络帧转换为复制硬件控制信号，并且将所述复制硬件控制信号传送给所述第三硬件设备；以及
所述第三硬件设备基于所述复制硬件控制信号来执行与所述第一硬件设备的协调动作。
7.如权利要求6所述的通信系统，其中：
所述协调动作是成像动作。
8.如权利要求1所述的通信系统，其中：
除了硬件控制信号信息之外，所述网络帧还包含元数据或数据有效载荷信息。
9.如权利要求1所述的通信系统，其中：
如果所述硬件控制信号状态保持被断言，则所述第二通信单元传送周期刷新帧。
10.如权利要求1所述的通信系统，其中：
所述第二通信单元使用所述硬件控制信号的接收的时间和网络延迟常数来计算所述执行时间。
11.如权利要求1所述的通信系统，其中：
所述第一通信单元还包括缓冲器；以及
所述第一通信单元能够将用于传输到所述第一硬件设备的多个硬件控制信号及其相应执行时间存储在所述缓冲器中。
12.一种用于具有连接多个通信单元的网络结构的通信系统的通信方法，包括：
在源通信单元从源硬件装置来接收硬件控制信号；
由所述源通信单元将所述硬件控制信号转换为一个或多个RTL帧，所述RTL帧包含执行时间，其中所述执行时间能够被设置为将来时间高或将来时间低以指示所述硬件控制信号的类型；
通过所述网络结构将所述RTL帧从所述源通信单元传送给一个或多个目标通信单元；
在所述一个或多个目标通信单元接收所述RTL帧；
由所述一个或多个目标通信单元将所述RTL帧转换为复制硬件控制信号；
将所述复制硬件控制信号存储在所述一个或多个目标通信单元中，直到所述执行时间为止；
由相应一个或多个目标通信单元在所述执行时间将所述复制硬件控制信号传送给一个或多个目标硬件装置。
13.如权利要求12所述的方法，其中：
所述网络结构、硬件装置和通信单元至少部分由医疗成像扫描架来支承。
14.如权利要求12所述的通信方法，还包括：
由多个目标通信单元在同一执行时间向其相应目标硬件装置传送所述复制硬件控制信号；以及
由所述目标硬件装置基于所述复制硬件控制信号来执行协调动作。
15.如权利要求12所述的通信方法，还包括：
如果所述硬件控制信号保持被断言，则将周期刷新帧从所述源通信单元传送给所述一个或多个目标通信单元。
16.如权利要求12所述的通信方法，还包括：
在接收相关网络帧之后而在所述执行时间之前，将预先通知信号从至少一个目标通信单元传送给其相应目标硬件装置；以及
由所述相应目标硬件装置在接收所述预先通知信号之后而在所述执行时间之前，执行与所述复制硬件控制信号相关的预备功能。
17.一种通信方法，包括：
从网络结构接收网络帧，所述网络帧包含硬件控制信号信息和执行时间，其中所述执行时间能够被设置为将来时间高或将来时间低以指示所述硬件控制信号的类型；
将所述网络帧转换为复制硬件控制信号；以及
在所述执行时间将所述复制硬件控制信号输出到硬件设备，以完成动作。
18.如权利要求17所述的方法，其中：
每个帧还包含优先级字段、操作码字段和数据有效载荷信息。
19.如权利要求17所述的方法，其中：
周期地接收所述网络帧；以及
所述硬件控制信号信息指示状态断言。
20.如权利要求17所述的方法，其中：
所述硬件设备是x射线管、图像探测器、准直仪或数据获取系统其中之一。
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