CN107332794A - 一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，本发明按照需求动态分配TT时槽，在TT帧时槽到来前，能够持续进行帧传送，带宽利用率得到提升，在TT帧负载较低且有多个交换机存在的级联系统中，带宽利用率提升显著。本发明在软件发送TT帧时候就已经知道是否有TT帧需要传送，仲裁机制得到简化。

Description

一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法
技术领域
本发明属于时间触发以太网通信领域，具体涉及一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法。
背景技术
在时间触发以太网(简称TTE)中，传输的帧类型包括TT帧，RC帧和BE帧。由于TT帧在整个网络传输中具有最高优先级，而RC帧和BE帧是在TT数据传输完成的基础上，利用网络剩余的带宽进行传输。故为了保证TT帧的优先传输，发送端在进行时槽分配时采用无论是否存在TT通信皆预留TT时槽，即时槽锁定的方法。
该方法是在TT帧时槽到来前的一段时间信道锁定，该时间段不可以发送帧，等到TT帧时槽到达时有TT帧则发送TT帧，没有则按照优先级先后发送RC帧或者BE帧。
这种机制使得无论是否有TT帧需要传输，静态时槽锁定时间均不能发帧，这样会造成带宽浪费。而底层在TT帧时槽到达前夕需要监控信道以判断是否有TT帧需要传送，根据信道情况与能够传输的帧类型和长度来判断适宜传输的帧。这样的仲裁机制也相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，能够在不改变帧长的前提下，按照需求动态分配TT时槽，在TT帧负载较低的情况下能够有效提高网络带宽利用率。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤一，在发送端，软件配置TT帧寄存器时，配置下一个TT帧时槽是否有TT帧需要传输的信息；
步骤二，TT帧组帧时，需要传输的信息将填充在目的地址的对应字节内，同时，该信息会被存储在发送调度模块的本地fifo中；
步骤三，当TT帧时槽到来时，软件会将本帧发送，同时，读取发送调度模块存储下一个TT帧是否有效的本地存储单元，如果有效，则将下一时槽留给下一个TT帧进行发送；如果无效，则根据优先级由高到低的原则，判断此时如果有RC帧，则该TT时槽留给RC帧，没有RC帧，则将该TT帧时槽留给BE帧进行发送；
步骤四，当交换机收到TT帧时，解析帧的目的地址为填充有需要传输的信息的字节；
步骤五，判断下一个TT时槽是否还是TT帧，若是，则返回步骤二，若否，则所有TT帧发送完成。
所述发送端包括主机内存、逻辑储存和发送仲裁，逻辑储存和发送仲裁均为FPGA。
步骤一中，FPGA解析TT帧的信息位，如果为1，则将该帧写入FPGA缓存中，同时，将信息位写入标志TT帧有无的缓存空间。
步骤二中，发送端在TT帧组帧时，在目的地址段的常数域中加入下一帧TT帧时槽是否有TT帧需要传输的标志位，在下一帧发送时解析该标志位，若有TT帧需要传送，则在TT帧时槽传送TT帧，如果没有，则该时槽传输RC帧或BE帧。
步骤三中，FPGA控制发送时，在TT帧的时槽，先查找信息位，如果信息位为1，则在下一个TT帧时槽读取TT帧缓存，发送到链路；如果为0，则查看RC帧，如果有，则在下一个TT帧时槽发送RC帧，若无，则发送BE帧。
步骤四中，接收端的FPGA根据接收到信息的帧头携带的帧类型信息将TT、RC和BE分别接收缓存。
步骤五中，软件在配置TT帧寄存器时遇到下一帧无帧发送的情况时，将TT帧中有无信息的位置标识为0，随后传递给FPGA，FPGA检测到该帧信息位为0，则该帧不被写入FPGA缓存中，信息位写入FPGA中标志TT帧有无的缓存空间。
交换机设备在转发数据帧时，同样采取动态时槽分配原则。
交换机设备接收到TT、RC和BE帧时会分类存储。
与现有技术相比，本发明按照需求动态分配TT时槽，在TT帧时槽到来前，能够持续进行帧传送，带宽利用率得到提升，在TT帧负载较低且有多个交换机存在的级联系统中，带宽利用率提升显著。本发明在软件发送TT帧时候就已经知道是否有TT帧需要传送，仲裁机制得到简化。
附图说明
图1为本发明发送帧的格式示意图；
图2为本发明中发送调度框图；
图3为本发明中接收调度框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图2和图3，本发明包括以下步骤：
步骤一，在发送端，软件配置TT帧寄存器时，配置下一个TT帧时槽是否有TT帧需要传输的信息；
步骤二，TT帧组帧时，需要传输的信息将填充在目的地址的对应字节内，同时，该信息会被存储在发送调度模块的本地fifo中；
步骤三，当TT帧时槽到来时，软件会将本帧发送，同时，读取发送调度模块存储下一个TT帧是否有效的本地存储单元，如果有效，则将下一时槽留给下一个TT帧进行发送；如果无效，则根据优先级由高到低的原则，判断此时如果有RC帧，则该TT时槽留给RC帧，没有RC帧，则将该TT帧时槽留给BE帧进行发送；
步骤四，当交换机收到TT帧时，解析帧的目的地址为填充有需要传输的信息的字节；
步骤五，判断下一个TT时槽是否还是TT帧，若是，则返回步骤二，若否，则所有TT帧发送完成。
步骤六，交换机设备接收到TT、RC和BE帧时会分类存储；需要发送时，按照前面所述端系统的动态锁定时槽方法进行转发。
本发明的发送端包括主机内存、逻辑储存和发送仲裁，逻辑储存和发送仲裁均为FPGA。其中主机内存是在软件层面做的，逻辑存储和发送仲裁是FPGA做的。软件在发送TT帧时遇到下一帧无帧发送的情况就将标识TT帧有无的信息位置0，随后传递给FPGA，FPGA先解析该信息位，如果为1，则将该帧写入FPGA缓存中，同时，将信息位写入标志TT帧有无的缓存空间；信息位如果为0，则将该帧不被写入FPGA缓存中，但信息位仍会写入FPGA中标志TT帧有无的缓存空间。与此同时，需要发送的RC帧和BE帧会被写入各自的缓存空间。FPGA控制发送时，在TT帧的时槽，先查找信息位，如果信息位为1，则在下一个TT帧时槽读取TT帧缓存，发送到链路；如果为0，则查看RC帧，如果有，则在下一个TT帧时槽发送RC帧，若无，则发送BE帧。如果是SM发到CM的帧，接收时还按照原先接收方式接收，在CM发送时，会按照新的链路号重新分配链路，同时按照TT帧的有无，综合上述机制，将TT帧和标志位分别写入缓存，发送即可。
参见图1，软件在配置TT帧寄存器时遇到下一帧无帧发送的情况时，将TT帧中有无信息的位置标识为0，随后传递给FPGA，FPGA检测到该帧信息位为0，则该帧不被写入FPGA缓存中，信息位写入FPGA中标志TT帧有无的缓存空间。
帧格式中目的地址的高4字节中有30个比特位都是没有定义的，因此，可以用这些位来作为下一帧TT帧时槽是否有TT帧需要传输的标识，这样，对现有帧的长度和基本帧内容不作改变，对已经存在的成熟设计，只需要在发送端进行较小改动，接收端不需要改动即可。
根据上述方案，用Verilog HDL语言对控制器的逻辑设计进行描述，并完成逻辑综合与布局布线；同时，设计一套TTE发送接收板，将控制器设计映射到可编程逻辑器件中实现，并对控制器的功能进行测试。测试结果表明本发明具有很好的可实施性，且性能满足预期。

Claims (9)

1.一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在发送端，软件配置TT帧寄存器时，配置下一个TT帧时槽是否有TT帧需要传输的信息；
步骤二，TT帧组帧时，需要传输的信息将填充在目的地址的对应字节内，同时，该信息会被存储在发送调度模块的本地fifo中；
步骤三，当TT帧时槽到来时，软件会将本帧发送，同时，读取发送调度模块存储下一个TT帧是否有效的本地存储单元，如果有效，则将下一时槽留给下一个TT帧进行发送；如果无效，则根据优先级由高到低的原则，判断此时如果有RC帧，则该TT时槽留给RC帧，没有RC帧，则将该TT帧时槽留给BE帧进行发送；
步骤四，当交换机收到TT帧时，解析帧的目的地址为填充有需要传输的信息的字节；
步骤五，判断下一个TT时槽是否还是TT帧，若是，则返回步骤二，若否，则所有TT帧发送完成。
2.根据权利要求1所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，所述发送端包括主机内存、逻辑储存和发送仲裁，逻辑储存和发送仲裁均为FPGA。
3.根据权利要求2所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，FPGA解析TT帧的信息位，如果为1，则将该帧写入FPGA缓存中，同时，将信息位写入标志TT帧有无的缓存空间。
4.根据权利要求2所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，FPGA控制发送时，在TT帧的时槽，先查找信息位，如果信息位为1，则在下一个TT帧时槽读取TT帧缓存，发送到链路；如果为0，则查看RC帧，如果有，则在下一个TT帧时槽发送RC帧，若无，则发送BE帧。
5.根据权利要求2所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，接收端的FPGA根据接收到信息的帧头携带的帧类型信息将TT、RC和BE分别接收缓存。
6.根据权利要求1所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，所述步骤二中，发送端在TT帧组帧时，在目的地址段的常数域中加入下一帧TT帧时槽是否有TT帧需要传输的标志位，在下一帧发送时解析该标志位，若有TT帧需要传送，则在TT帧时槽传送TT帧，如果没有，则该时槽传输RC帧或BE帧。
7.根据权利要求1所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，软件在配置TT帧寄存器时遇到下一帧无帧发送的情况时，将TT帧中有无信息的位置标识为0，随后传递给FPGA，FPGA检测到该帧信息位为0，则该帧不被写入FPGA缓存中，信息位写入FPGA中标志TT帧有无的缓存空间。
8.根据权利要求1所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，交换机转发数据帧时，进行时槽的动态锁定。
9.根据权利要求8所述的一种面向时间触发通信的动态锁定时槽方法，其特征在于，交换机设备接收到TT、RC和BE帧时会分类存储。
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