CN105357126A - 应用于prp/hsr报文丢弃算法的查找表优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法，利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，使用分级查询方法，寄存器作为第一级查找表，BlockRAM作为二级查找表，寄存器是BlockRAM的Cahce，并使用管道老化机制实时更新优化寄存器Cache的内容，同步并行更新BlockRAM，维护两者的映射关系和数据一致性。本发明利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，使用分级查询方法，寄存器老化机制，权衡寄存器速度与BlockRAM容量，减少查表延时，从而提升网络的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法，属于工业控制领域。
背景技术
PRP（并行冗余协议）/HSR（高可靠无缝冗余）是提升工业以太网可靠性的两种协议，具体如图1所示，两种协议的基本思路都是通过双路冗余提高可靠性，由网络终端选择最优的一路数据，完成实时可靠无缝切换，双路报文的丢弃算法是PRP/HSR的关键，其中查找表存储的报文信息，包括PRP/HSR数据帧目的地址DA（DestinationAddress）、源地址SA（SourceAddress）和序列号SEQ（SEQuencenumber），这些信息用于节点识别和报文识别，查找表的查询和更新机制，直接影响到PRP/HSR协议实现的实时性和可靠性，因而要求以太网PRP/HSR报文丢弃算法对查找表的查询和更新具备更高效率，这种提高效率的方法现在还是空白。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法，包括以下步骤，
步骤一，利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，其中寄存器作为BlockRAM的Cache存在；
步骤二，当PRP/HSR终端接收报文需要进行报文信息查询时，在寄存器中查询，若命中，则转至步骤三，若没命中，则转至步骤四；
步骤三，更新寄存器查找表，并根据Cache和BlockRAM的映射关系同步BlockRAM；
步骤四，在BlockRAM中查询，若命中，则转至步骤五，若没命中，则转至步骤六；
步骤五，更新BlockRAM查找表，同时老化寄存器，将收到的报文信息作为Cache写入寄存器，并维护映射关系；
步骤六，同时在寄存器和BlockRAM中新建节点信息，老化寄存器，将收到的报文信息作为Cache写入寄存器，维护映射关系。
寄存器信息新建和老化使用管道流水机制。
BlockRAM中查询使用多块双端并行机制。
本发明所达到的有益效果：1、本发明利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，使用分级查询方法，寄存器老化机制，权衡寄存器速度与BlockRAM容量，减少查表延时，从而提升网络的响应速度；2、利用寄存器作为第一级查找表，读写时间短，延时小；3、利用BlockRAM作为二级查找表，容量变化灵活，可根据应用支持不同节点数；4、使用最新信息替代最旧信息的管道老化机制实时更新优化寄存器Cache的内容，提高查表命中率；5、利用BlockRAM的双端口RAM特性，信息查询双端并行进行，查询时间减半。
附图说明
图1为PRP/HSR示意图。
图2本发明的流程图。
图3为两级查找表示意图。
图4为查表到丢弃算法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图2所示，应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法，包括以下步骤：
步骤一，利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，其中寄存器作为BlockRAM的Cache存在。
如图3所示，将每个PRP/HSR端口的信息表拆分由16块BlockRAM实现，每块存储16个节点信息（以总节点256为例），并使用双口并行进行信息查询，在BlockRAM前端设置16个寄存器作为查找表一级Cache，用于存储最近到来的16个节点的报文信息，一旦最新报文信息存储在这16个寄存器中，就可以直接查找到，快速更新，查找和更新时间时间只有BlockRAM的一半。
步骤二，当PRP/HSR终端接收报文需要进行报文信息查询时，在寄存器中查询，若命中，则转至步骤三，若没命中，则转至步骤四；
步骤三，更新寄存器查找表，并根据Cache和BlockRAM的映射关系同步BlockRAM；
步骤四，在BlockRAM中使用多块双端并行机制查询，若命中，则转至步骤五，若没命中，则转至步骤六；
步骤五，更新BlockRAM查找表，同时老化寄存器，将收到的报文信息作为Cache写入寄存器，并维护映射关系；
步骤六，同时在寄存器和BlockRAM中新建节点信息，老化寄存器，将收到的报文信息作为Cache写入寄存器，维护映射关系。
寄存器信息新建和老化使用管道流水机制，最新到达的节点信息代替最早到达的节点信息，不断更新。
如图4所示，查找表结束之后提供报文相关信息给丢弃算法由丢弃算法模块选择一份最优的报文。
上述方法利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，使用分级查询方法，寄存器作为第一级查找表，BlockRAM作为二级查找表，寄存器是BlockRAM的Cahce，并使用管道老化机制实时更新优化寄存器Cache的内容，，同步并行更新BlockRAM，维护两者的映射关系和数据一致性。
上述方法利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，使用分级查询方法，寄存器老化机制，权衡寄存器速度与BlockRAM容量，减少查表延时，从而提升网络的响应速度；利用寄存器作为第一级查找表，读写时间短，延时小；利用BlockRAM作为二级查找表，容量变化灵活，可根据应用支持不同节点数；使用最新信息替代最旧信息的管道老化机制实时更新寄存器的内容，实时优化Cache内容，提高查表命中率；利用BlockRAM的双端口RAM特性，信息查询双端并行进行，查询时间减半。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，利用FPGA内部寄存器和BlockRAM分级存储报文信息表，其中寄存器作为BlockRAM的Cache存在；
步骤二，当PRP/HSR终端接收报文需要进行报文信息查询时，在寄存器中查询，若命中，则转至步骤三，若没命中，则转至步骤四；
步骤三，更新寄存器查找表，并根据Cache和BlockRAM的映射关系同步BlockRAM；
步骤四，在BlockRAM中查询，若命中，则转至步骤五，若没命中，则转至步骤六；
步骤五，更新BlockRAM查找表，同时老化寄存器，将收到的报文信息作为Cache写入寄存器，并维护映射关系；
步骤六，同时在寄存器和BlockRAM中新建节点信息，老化寄存器，将收到的报文信息作为Cache写入寄存器，维护映射关系。
2.根据权利要求1所述的应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法，其特征在于：寄存器信息新建和老化使用管道流水机制。
3.根据权利要求1所述的应用于PRP/HSR报文丢弃算法的查找表优化方法，其特征在于：BlockRAM中查询使用多块双端并行机制。
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