CN108259382A - 3×256优先级调度电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3x256多级优先级调度电路，该电路结构包括：调度请求输入模块(1)、16个第一级调度模块(2‑1)、16个第一级调度模块(2‑2)、16个第一级调度模块(2‑3)、第二级调度模块(3‑1)、第二级调度模块(3‑2)、第二级调度模块(3‑3)、第三级调度模块(4)、消息ID队列控制模块(5)、调度控制模块(6)。本发明通过使用级联的三级调度模块，完成每条消息3级优先级处理，以及相同优先级的256条消息之间256级轮询级优先级处理，实现总共3x256级优先级调度，保证网络通信应用关键消息发送操作的实时性，实现电路简单，调度效率高。

Description

3×256优先级调度电路

技术领域

本发明属于计算机通信领域，涉及网络通信时消息按多种优先级的发起操作，尤其涉及航空机载FC通信网络FC-AE-ASM消息发送时，消息优先级的调度处理。

背景技术

FC网络具备高带宽、低延迟和高可靠性等特点，适用于航电系统中，处理器、传感器、仪器仪表和显式设备之间关键通信的应用模式。

在航电系统中，采用FC作为主干通信网络时，由于应用环境的特殊性，为了保证ASM通信的实时性要求，需要根据应用需求对FC网络上传输的ASM消息进行分类，并对每一类之间的优先级进行定义，保证关键数据通信的实时性，会涉及到较为复杂的优先级调度处理过程，且需要耗费较多的处理周期。

发明内容

发明目的：

在航电系统中，采用FC作为主干通信网络时，为了保证ASM通信的实时性要求，本专利提出了一种3×256优先级调度电路，可在FC-AE-ASM协议通信机制上，支持3×256级FC-AE-ASM消息按照优先级发送操作，保证关键数据通信的实时性，简化优先级调度电路，提高调度效率，减小处理周期。

技术方案：

本发明提供一种3x256多级优先级调度电路，该电路结构包括：调度请求输入模块1、16个第一级调度模块2-1、16个第一级调度模块2-2、16个第一级调度模块2-3、第二级调度模块3-1、第二级调度模块3-2、第二级调度模块3-3、第三级调度模块4、消息ID队列控制模块5、调度控制模块6。

所述调度请求输入模块1、16个第一级调度模块2-1、16个第一级调度模块2-2、16个第一级调度模块2-3、第二级调度模块3-1、第二级调度模块3-2、第二级调度模块3-3、第三级调度模块4、消息ID队列控制模块5、调度控制模块6依次相连，完成每条消息3级优先级的处理，以及相同优先级256条消息之间256级轮询级优先级的处理，总共实现3x256级优先级调度。

所述调度请求输入模块1，接收发送请求信号tra_req[255:0]、每条消息优先级指示信号pri0、pri1、pri2，以及消息ID队列控制模块5输入信号sch_out_en、sch_out_id[7:0]，对输入信号处理后，输出三种256位的优先级请求信号tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]到第一级调度模块2-1、第一级调度模块2-2、第一级调度模块2-3；

所述第一级调度模块2-1为16个相同的调度模块，在调度控制模块6输出的调度使能信号控制下，接收tra_req0[255:0]信号，实现对该信号的第一级调度，输出调度结果到第二级调度模块3；所述第一级调度模块2-2、2-3与外部的连接关系以及功能与第一级调度模块2-1类似。

所述第二级调度模块3-1、3-2、3-3在调度控制模块6输出的调度使能信号控制下，分别接收第一级调度模块2-1、2-2、2-3输出结果，按照轮询优先级的原则对于请求信号进行优先级调度，输出调度结果到第三级调度模块4；

所述第三级调度模块4，在调度控制模块6输出的调度使能信号控制下，对第一级调度模块2-1、2-2、2-3输出的结果、第二级调度模块3-1、3-2、3-3输出的结果进行优先级调度，输出调度结果que_id_valid信号、que_id[7:0]信号到消息ID队列控制模块5；

所述消息ID队列控制模块5输出sch_out_en、sch_out_id[7:0]信号到调度控制模块6以及调度请求输入模块1；

所述调度控制模块6输出调度使能信号到第一级调度模块2-1、2-2、2-3、第二级调度模块3-1、3-2、3-3以及第三级调度模块4。

所述调度请求输入模块1，接收256条消息的发送请求信号tra_req[255:0]、每条消息优先级指示信号pri0、pri1、pri2(优先级从pri0到pri2依次降低)，将上述含3级优先级的256个发送请求转化为3种优先级由高到低的3种256位的消息发送请求：tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]，并分别输出到后级的第一级调度模块2-1、第一级调度模块2-2、第一级调度模块2-3，该操作采用硬件组合逻辑电路实现，不占用额外的时钟周期，此外，调度请求输入模块接收消息ID队列控制模块5输入信号sch_out_en、sch_out_id[7:0]，用于撤销已经被调度输出的最高优先级的消息发送请求。

所述第一级调度模块2-1：是16个同样的第一级调度模块2-1，在调度控制模块6输出的调度使能信号控制下，将发送请求信号tra_req0[255:0]按照编号：255-240、239-224……31-16、15-0每16个分为一组，每组输出到一个第一级调度模块2-1，16个第一级调度模块2-1共同完成256个请求信号的第一级优先级调度，调度输出结果为16个分组的优先级调度结果编码以及是否继续请求调度的指示信号，以上调度结果输出到第三级调度模块3-1、3-2、3-3以及第三级调度模块4。

所述第一级调度模块2-2调度次高优先级的请求tra_req1[255:0]、第一级调度模块2-3调度最低优先级的请求tra_req2[255:0]，实现的功能均与第一级调度模块2-1相同。

以上调度过程，从调度状态机检测请求信号开始跳转，到调度结果输出，共需要两个时钟周期。

所述第二级调度模块3-1，在调度控制模块6输出的调度使能信号控制下，检测16个第一级调度模块2-1输出的继续请求调度指示信号是否有效，按照轮询优先级进行调度，选出最高优先级的请求分组，进行优先级编码，输出调度结果到第三级调度模块4。第二级调度模块3-2、3-3实现的功能与第二级调度模块3-1类似。

以上调度过程，从调度状态机检测请求信号开始跳转，到调度结果输出，共需要两个时钟周期。

所述第三级调度模块4，在调度控制模块6输出的调度使能信号控制下，对第一级调度模块2-1、2-2、2-3、以及第二级调度模块3-1、3-2、3-3输出的结果，按照第二级调度模块3-1的输出请求优先级最高，到第二级调度模块3-2的输出请求优先级最低的顺序进行优先级调度，选出优先级最高的请求信号，输出调度结果有效信号que_id_valid、选中的消息编号的编码信号que_id[7:0]到消息ID队列控制模块5，que_id_valid信号为高电平时，表示que_id[7:0]信号输出有效；

以上调度过程，从调检测请求信号，到调度结果输出，共需要1个时钟周期。

所述消息ID队列控制模块5，为先进先出的FIFO结构，用于保存第三级调度模块4输出的调度结果，并输出调度输出使能信号sch_out_en信号、sch_out_id[7:0]信号到调度控制模块6以及调度请求输入模块1，用于撤销上一次请求结果和使能下一次优先级调度操作；

所述调度控制模块6输出调度使能信号到第一级调度模块2-1、2-2、2-3、第二级调度模块3-1、3-2、3-3以及第三级调度模块4，用于使能各个调度模块开始优先级调度操作。

有益效果：

本发明提供了一种3×256优先级调度电路，在设计中使用三级调度模块完成三种不同优先级的消息类型之间，以及同一消息类型内部256种不同消息ID的消息之间，共3x256级优先级的处理，以上所有调度过程，均采用硬件逻辑电路实现，从调度请求tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]有效，到优先级调度操作通过三级调度器处理，输出调度结果到消息ID队列控制模块，只需要5个时钟周期，效率高，电路实现简单，可以有效保证网络通信关键数据按优先级发送的实时性要求。

附图说明

图1是3x256级优先级调度模块框图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：

本发明涉及的一种一种3×256优先级调度电路如图1所示，在设计中使用三级调度模块完成三种不同优先级的消息类型之间，以及同一消息类型内部256种不同消息ID的消息之间，共3x256级优先级的处理，将任意时刻、任何一种消息类型的最高优先级消息发送请求，编码为8位的消息ID，并将结果保存到消息ID队列控制模块。

消息发送输入请求可以为tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]三种类型种的任意一种，任意一种消息类型，请求tra_reqX[0]对应的优先级调度后输出的消息ID应该为8’h0，请求tra_reqX[1]对应的消息ID应该为8’h 1，依次类推，请求tra_reqX[255]对应的消息ID应该为8’hFF。

图1为3x256级优先级调度模块的实现框图。图中虚线部分由调度控制模块、3组第一级优先级调度模块，3个第二级调度模块和1个第三级优先级调度模块四部分电路组成。

以下以优先级调度模块对tra_req0[255:0]请求的优先级调度为例，对优先级调度模块各部分的功能进行说明：

调度控制模块负责调度控制信号的产生和管理；

第一级调度模块：将发送请求tra_req0[255:0]每16个请求分为一组，共分16个组，每组使用一个第一级调度模块，对分组中的16个请求进行优先级调度，选出同一分组中最高优先级的请求并编码，输出到第二级调度模块。

第二级调度模块对16个第一级调度模块输出结果进行优先级调度，选出最高优先级的请求并编码，输出调度结果到第三级调度模块。

第三级调度模块根据以上三种类型的消息发送请求：tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]依次由高到低的优先级，以及第一级调度模块、第二级调度模块输出的256级优先级的调度结果，综合选出最高优先级的请求，并对其进行编码输出。

1)调度控制模块

系统上电复位后，第1、2、3级调度模块调度使能信号sch_en_fst、sch_en_sec、sch_en_thd信号均为高电平，允许tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]三种消息类型中的任意消息发送请求第一次有效时，第1、2、3级调度器可以正常工作。

消息发送请求第一次有效时，按照上述三级调度器设计，调度结束时，输出调度结果有效信号que_id_valid以及调度结果que_id[7:0]到消息ID队列控制模块；

调度结束后，第一级调度器处于锁存状态并保持当前调度结果，直到第一级调度器调度允许信号sch_out_en有效。后级第2、3级调度器工作依赖于第一级调度器的输出结果，因此，也处于等待状态；

调度结果保存到消息ID队列控制模块之后，调度允许信号sch_out_en有效，第一级调度器解锁控制模块根据sch_out_id[7:4]产生sch_latch_dis[15:0]信号，选择出上次调度器选中的16个分组中的一组，并将sch_out_id[3:0]接入对应分组，以使其内部调度状态机解锁，能够跳转到正确的状态，重新开始下一次调度；

调度允许信号sch_out_en将调度控制模块中的sch_en_fst、sch_en_sec、sch_en_thd信号以及sch_cnt计数器清零，计数器开始重新递增计数，准备重新开始下一次调度；

sch_cnt计数器的值为0x1时，sch_en_fst信号有效，允许第一级调度器工作，2个周期后即可给出调度结果；

sch_cnt计数器的值为0x2时，sch_en_sec信号有效，允许第二级调度器工作，2个周期后即可给出调度结束；

sch_cnt计数器的值为0x4时，sch_en_thd信号有效，调度结束，允许第三级调度器的调度结果输出，2个周期给出调度结果。

2)第一级调度模块

第一级调度模块的工作流程以ASM消息0的tra_req0[255:0]请求为例进行说明。

16个第一级调度模块调度在使能信号sch_en_fst的控制下，采用轮循的优先级，分别对16个分组tra_req0[15:0]、tra_req0[31:16]……tra_req0[255:240]的输入请求进行优先级调度。

轮询优先级定义为：电路上电复位时，请求tra_req0[0]具有最高的优先级，请求获得允许之后，请求tra_req0[1]的优先级最高，tra_req0[0]的优先级最低，以此类推，请求tra_req0[15]获得允许之后，请求tra_req0[0]又具有最高的优先级；

调度操作结束，16个分组的输入请求被分别编码16个4位的信号que_id_00[15]、que_id_00[14]……que_id_00[0]，同时，产生到第二级优先级调度模块的调度请求信号que_req_level00[15:0]；

每次调度结束之后，调度状态机进入锁存状态，直到解锁信号sch_latch_dis有效，才允许开始下一次调度。

3)第二级调度模块

第二级调度模块在使能信号sch_en_sec控制下，采用轮循优先级对16个第一级调度模块输出的que_req_level00[15:0]请求进行优先级编码，调度结果为4位的que_id_10[3:0]信号，其操作原理与第一级调度模块类似。

4)第三级调度模块

在sch_en_thd信号的控制下，对第一级、第二级调度的结果按优先级由高到低选择输出；

中MUX0模块依据ASM消息0第二级调度模块输出结果que_id_10信号，选择ASM消息0第一级调度器输出的16个que_id_00[15:0]中和其对应的一组输出到CMB0模块，CMB0模块将第二级调度模块的que_id_10和第一级调度模块的选择后的que_id_00[x]结果合并为8位的调度结果que_id_20；

MUX1、CMB1、MUX2、CMB2的作用类似于MUX0、CMB0的功能，分别输出8位的ASM消息1、ASM消息2发送请求的调度结果que_id_21、que_id_22；

C0模块用于产生多路选择器的控制端信号que_req_level10。que_req_level00或tra_req0任意一个信号有效时，表示ASM消息0发送请求有效，que_req_level10信号有效，选择que_id_20信号到输出到que_id[7:0]，同时产生que_id_valid信号；

C1模块用于产生多路选择器的控制端信号que_req_level11。que_req_level01或tra_req1任意一个信号有效时，表示ASM消息1发送请求有效，que_req_level11信号有效，选择que_id_21信号到输出到que_id[7:0]，同时产生que_id_valid信号；

C2模块用于产生多路选择器的控制端信号que_req_level12。que_req_level02信号有效时，表示ASM消息2发送请求有效，que_req_level12信号有效，选择que_id_22信号到输出到que_id[7:0]，同时产生que_id_valid信号。

Claims (5)

1.一种3×256优先级调度电路，其特征在于：在设计中使用三级调度模块完成三种不同优先级的消息类型之间，以及同一消息类型内部256种不同消息ID的消息之间，共3x256级优先级的处理，将任意时刻、任何一种消息类型的最高优先级消息发送请求，编码为8位的消息ID，并将结果保存到消息ID队列控制模块；

消息发送输入请求为tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]三种类型的任意一种消息类型，请求tra_reqX[0]对应的优先级调度后输出的消息ID应该为8’h0，请求tra_reqX[1]对应的消息ID应该为8’h1，依次类推，请求tra_reqX[255]对应的消息ID应该为8’hFF；

一种3×256优先级调度电路包括调度控制模块、3组第一级优先级调度模块，3个第二级调度模块和1个第三级优先级调度模块四部分电路组成，以下以优先级调度模块对tra_req0[255:0]请求的优先级调度为例，对优先级调度模块各部分的功能进行说明：

调度控制模块负责调度控制信号的产生和管理；

第一级调度模块将发送请求tra_req0[255:0]每16个请求分为一组，共分16个组，每组使用一个第一级调度模块，对分组中的16个请求进行优先级调度，选出同一分组中最高优先级的请求并编码，输出到第二级调度模块。

第二级调度模对16个第一级调度模块输出结果进行优先级调度，选出最高优先级的请求并编码，输出调度结果到第三级调度模块。

第三级调度模块根据以上三种类型的消息发送请求：tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]依次由高到低的优先级，以及第一级调度模块、第二级调度模块输出的256级优先级的调度结果，综合选出最高优先级的请求，并对其进行编码输出。

2.一种3×256优先级调度电路，其特征在于：调度控制模块电路，系统上电复位后，第1、2、3级调度模块调度使能信号sch_en_fst、sch_en_sec、sch_en_thd信号均为高电平，允许tra_req0[255:0]、tra_req1[255:0]、tra_req2[255:0]三种消息类型中的任意消息发送请求第一次有效时，第1、2、3级调度器可以正常工作：

消息发送请求第一次有效时，按照上述三级调度器设计，调度结束时，输出调度结果有效信号que_id_valid以及调度结果que_id[7:0]到消息ID队列控制模块；

调度结束后，第一级调度器处于锁存状态并保持当前调度结果，直到第一级调度器调度允许信号sch_out_en有效。后级第2、3级调度器工作依赖于第一级调度器的输出结果，因此，也处于等待状态；

调度结果保存到消息ID队列控制模块之后，调度允许信号sch_out_en有效，第一级调度器解锁控制模块根据sch_out_id[7:4]产生sch_latch_dis[15:0]信号，选择出上次调度器选中的16个分组中的一组，并将sch_out_id[3:0]接入对应分组，以使其内部调度状态机解锁，能够跳转到正确的状态，重新开始下一次调度；

调度允许信号sch_out_en将调度控制模块中的sch_en_fst、sch_en_sec、sch_en_thd信号以及sch_cnt计数器清零，计数器开始重新递增计数，准备重新开始下一次调度；

sch_cnt计数器的值为0x1时，sch_en_fst信号有效，允许第一级调度器工作，2个周期后即可给出调度结果；

sch_cnt计数器的值为0x2时，sch_en_sec信号有效，允许第二级调度器工作，2个周期后即可给出调度结束；

sch_cnt计数器的值为0x4时，sch_en_thd信号有效，调度结束，允许第三级调度器的调度结果输出，2个周期给出调度结果。

3.一种3×256优先级调度电路，其特征在于：第一级调度模块的工作流程以ASM消息0的tra_req0[255:0]请求为例进行说明：

16个第一级调度模块调度在使能信号sch_en_fst的控制下，采用轮循的优先级，分别对16个分组tra_req0[15:0]、tra_req0[31:16]……tra_req0[255:240]的输入请求进行优先级调度；

轮询优先级定义为：电路上电复位时，请求tra_req0[0]具有最高的优先级，请求获得允许之后，请求tra_req0[1]的优先级最高，tra_req0[0]的优先级最低，以此类推，请求tra_req0[15]获得允许之后，请求tra_req0[0]又具有最高的优先级；

调度操作结束，16个分组的输入请求被分别编码16个4位的信号que_id_00[15]、que_id_00[14]……que_id_00[0]，同时，产生到第二级优先级调度模块的调度请求信号que_req_level00[15:0]；

每次调度结束之后，调度状态机进入锁存状态，直到解锁信号sch_latch_dis有效，才允许开始下一次调度。

4.一种3×256优先级调度电路，其特征在于：第二级调度模块在使能信号sch_en_sec控制下，采用轮循优先级对16个第一级调度模块输出的que_req_level00[15:0]请求进行优先级编码，调度结果为4位的que_id_10[3:0]信号，其操作原理与第一级调度模块类似。

5.一种3×256优先级调度电路，其特征在于：第三级调度模块在sch_en_thd信号的控制下，对第一级、第二级调度的结果按优先级由高到低选择输出；

MUX0模块依据ASM消息0第二级调度模块输出结果que_id_10信号，选择ASM消息0第一级调度器输出的16个4位编码的que_id_00[15:0]中和其对应的一组输出到CMB0模块，CMB0模块将第二级调度模块的que_id_10和第一级调度模块的选择后的que_id_00[x]结果合并为8位的调度结果que_id_20；

MUX1、CMB1、MUX2、CMB2的作用类似于MUX0、CMB0的功能，分别输出8位的ASM消息1、ASM消息2发送请求的调度结果que_id_21、que_id_22；

C0模块用于产生多路选择器的控制端信号que_req_level10。que_req_level00个信号有效时，表示ASM消息0发送请求有效，que_req_level10信号有效，选择que_id_20信号到输出到que_id[7:0]，同时产生que_id_valid信号；

C1模块用于产生多路选择器的控制端信号que_req_level11。que_req_level01信号有效时，表示ASM消息1发送请求有效，que_req_level11信号有效，选择que_id_21信号到输出到que_id[7:0]，同时产生que_id_valid信号；

C2模块用于产生多路选择器的控制端信号que_req_level12。que_req_level02信号有效时，表示ASM消息2发送请求有效，que_req_level12信号有效，选择que_id_22信号到输出到que_id[7:0]，同时产生que_id_valid信号。