CN109347957A - 基于fpga的通信数据存储管理方法、装置及环网板卡 - Google Patents

Abstract

本发明属于核安全级DCS的技术领域，为了解决现有技术中静态分配存储空间的方式，可能造成增大存储空间、存储空间资源浪费的技术问题；本发明提供一种基于FPGA的通信数据存储管理方法、装置及环网板卡，所述方法包括：当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；同时控制信息存储区域存储有与所述数据帧对应的控制信息，所述控制信息包括所述数据帧在所述数据存储区域中的位置信息和长度信息。通过将控制信息和数据分开存储来实现动态存储，充分利用存储空间，使得无须增加额外存储，可以在现有的存储空间上容纳更多的站点。

Description

基于FPGA的通信数据存储管理方法、装置及环网板卡

技术领域

本发明涉及核安全级DCS的技术领域，尤其涉及在核安全级DCS的通信网络中站点之间数据通信的技术领域；更具体地，涉及一种基于FPGA的通信数据存储管理方法、装置及环网板卡。

背景技术

在核安全级DCS(英文全称Distributed Control System，分布式控制系统)的通信网络中站点之间的数据通信的实现中，鉴于FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)处理速度快，开发灵活，适合实现实时数据的处理，所以常采用FPGA实现通信网络中站点的物理层和链路层。

DCS通信网络中具有站点多、数据量大的特点，且FPGA在处理多站点、大数据量的通信数据时，需要缓存这些数据然后再处理，所以对存储空间提出了较高的要求。例如，当通信网络中有N个站点，在存储中要分配N块存储空间给这些站点，每块空间按照站点最大数据量分配。这种数据存储的方式也可以称为静态分配存储空间的方式，静态分配存储空间的方式比较常见，而且简单、易实现；但是在站点增多、站点数据量增加的时，要增大存储空间。

更具体地，当通信网络中有N个站点，在存储区域中要分配N块存储空间给这些站点，每块存储空间按照站点最大数据量分配；而实际应用中，并不是每个节点一致按照最大的数据量发送，有的站点最大发送数据量很大，但是大多数时间是发送较少的数据量，所以静态分配的存储空间，在绝大多数时间内有存储空间未被使用，这样造成存储空间的浪费。在DCS通信网络中，站点的数据最大量很大、实际使用数据量小的情况非常普遍，所以这种静态分配存储空间的方式会存在以下不足：

1、对硬件存储空间要求大，增加技术方案实现的成本；2、实际使用中，每个站点分配的固定存储空间经常是没有被全部利用，造成存储空间资源的浪费。

发明内容

本发明为了解决现有技术中静态分配存储空间的方式，可能造成增大存储空间、存储空间资源浪费的技术问题；本发明提供一种基于FPGA的通信数据存储管理方法、装置及环网板卡，通过将控制信息和数据分开存储来实现动态存储，充分利用存储空间，使得无须增加额外存储，可以在现有的存储空间上容纳更多的站点。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案包括：

本发明一方面提供一种基于FPGA的通信数据存储管理方法，其特征在于，包括：

当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；

同时控制信息存储区域存储有与所述数据帧对应的控制信息，所述控制信息包括所述数据帧在所述数据存储区域中的位置信息和长度信息；

其中，所述控制信息存储区域独立于所述数据存储区域。

进一步优选的实施方式中，当所述数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。

进一步优选的实施方式中，所述某个站点与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层，并且能够同时并行处理多个其他站点的数据帧，并将多个站点对应的数据帧，按照接收顺序依次存入至数据存储区域，且在控制信息存储区域中分配相应的控制信息。

进一步优选的实施方式中，所述控制信息存储区域与所述数据存储区域分别位于不同的存储器内，或者属于同一个存储器中不同的分区。

本发明第二方面还提供一种基于FPGA的通信数据存储管理装置，其特征在于，包括：

多个数据通信用站点，并且某个站点与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层；

每个站点都分别对应设置有数据存储区域、控制信息存储区域和控制器，其中，所述控制信息存储区域独立于所述数据存储区域；

所述控制器设置成：当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；同时控制信息存储区域存储有与所述数据帧对应的控制信息，所述控制信息包括所述数据帧在所述数据存储区域中的位置信息和长度信息。

进一步优选的实施方式中，所述控制器还设置成：当所述数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。

进一步优选的实施方式中，所述控制器还设置成：每个站点能够同时并行处理多个其他站点的数据帧；并将多个站点对应的数据帧，按照接收顺序依次存入至数据存储区域，且在控制信息存储区域中分配相应的控制信息。

进一步优选的实施方式中，所述控制信息存储区域与所述数据存储区域分别位于不同的存储器内，或者属于同一个存储器中不同的分区。

本发明第三方面还提供一种核安全级DCS仪控系统中环网板卡，其特征在于，包括：

数据接收端口，设置成能够并行接收多个其他站点传送的通信数据；

控制器，设置成当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；并且

同时控制信息存储区域存储有与所述数据帧对应的控制信息，所述控制信息包括所述数据帧在所述数据存储区域中的位置信息和长度信息。

进一步优选的实施方式中，所述控制器还设置成当所述数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。

采用本发明提供的上述技术方案，可以获得以下有益效果中的至少一种：

1、通过动态分配存储空间的方式，而不需要提前将每个站点对应存储空间按照站点最大数据量分配；在DCS通信网络中，可在有限的存储空间上可以容纳更多的DCS站点，相比于静态分配它提高了存储利用率，减少了存储器件的使用量，节约了成本。

2、当所述数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧；可以在存储空间最大化利用的情况下，还为后面继续接收新收据提供了解决方案。

发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种基于FPGA的通信数据存储管理方法的流程图。

图2为本发明一实施例提供的一种控制信息存储示意图。

图3为本发明一实施例提供的一种数据存储示意图。

图4为本发明一实施例提供的一种基于FPGA的通信数据存储管理装置的结构框图。

图5为本发明一实施例提供的一种核安全级DCS仪控系统中环网板卡的结构框图。

图6为本发明一实施例提供的一种通信数据存储方法的示意图。

图7为本发明一实施提供一种核安全级DCS仪控系统中环网板卡的结构示意图。

图8为本发明一实施例提供一种安全级DCS仪控系统中环网板卡数据流处理过程的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释；并且只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组控制器可执行指令的控制系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述：

实施例

如图1所示，本发明一实施例提供一种基于FPGA的通信数据存储管理方法，该方法包括：

S100、当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域。

当通信网络中有N个站点(N为大于1的正整数)的情况下，某个站点(或称为当前站点)设置有N-1个通信通道分别用于接收其他N-1个站点的通信数据，并且将N-1个通信通道接收到来自其他站点的通信数据对应的数据帧，按照接收顺序依次存入至数据存储区域；接收顺序可以是先将第1站点的数据帧全部接收完之后，在接收第2站点的数据帧……，还可以是按照数据帧的顺序，依次接收第1站点的数据帧1、第2站点的数据帧1……；本实施例优选的实施方案中，某个站点与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层，并且能够同时并行处理多个其他站点的数据帧；所以本实施例优选的存储方式为：如图2所示，优选的实施方式是按照数据帧的顺序依次接收各其他站点的数据帧，这样N-1个通信通道可以同时接收其他站点的数据，处理速度更快。

S200、当数据存储区域存储有其他站点的数据帧时，控制信息存储区域存储有与数据帧对应的控制信息，控制信息包括数据帧在数据存储区域中的位置信息和长度信息。

当通信网络中有N个站点的情况下，当数据存储区域按照上述步骤S100存储有其他站点的数据帧时，控制信息存储区域存储有与数据帧对应的控制信息，并且控制信息包括数据帧在数据存储区域中的位置信息和长度信息；并且控制信息存储区域上述信息通过类似表格的方式进行对应，如图3所示，每个站点对应的数据帧都分别对应有在数据存储区域中的位置信息和长度信息，当然考虑每个站点对应有一个信道，所以第X站点(X为大于1的正整数，且小于N)的数据帧，也可以称为第X信道数据帧；图3是按照站点(或称信道)的顺序存储控制信息，但是本实施例不限于此，例如，还可以按照数据帧的顺序进行存储。

其中，上述控制信息存储区域独立于上述数据存储区域。优选地，控制信息存储区域与数据存储区域分别位于不同的存储器内，即控制信息存储区域与数据存储区域在硬件上就已经是分开的独立器件，并且构成控制信息存储区域与数据存储区域的硬件器件数量可以是1个或多个；或者控制信息存储区域与数据存储区域属于同一个存储器中不同的分区，即需要分配一个固定的第一存储空间用于存储数据和一个固定的第二存储空间用于存储控制信息。更具体地，本实施例提供优选的技术方案中没有FIFO，而且本实施例提供的解决方案，不仅可以做帧缓冲，还可实现数据帧组包的功能；所有信息存储在控制寄存器中，输出控制单元可以获取到存储的所有数据帧的信息，但是如果采用FIFO结构时，输出控制单元只可取最先存入的数据帧信息。因此，本实施例中输出控制单元可以等到某一个站点所有数据帧全部收集齐后再输出其全部数据帧。

图6所示为本实施例提供一种通信数据存储过程的示意图，该存储过程包括：S602、输入控制，接收来待存储操作对的控制信息，S604、数据存储区域，将待存储的数据存储至数据存储区域，并在控制信息存储区域进行控制信息的关联(S608)，S606、输出控制，将数据存储区域中存储的数据取出时，通过控制信息存储区域中与存储的数据关联的控制信息来获取存储区域中存储的数据。另外，本实施例应用在DCS(数字化控制系统)中时，不是所有缓存在数据存储数据中的数据都会被使用，不使用的数据不会从数据存储区域中取走。这样避免数据如果不被取走，数据存储区会满，然后不再接收新的数据。

进一步优选的，上述基于FPGA的通信数据存储管理方法中，还可以包括：当数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。即如果在数据通信过程中，当前站点对应的数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果还有接收到其他站点传送过来的数据时，将最新接收到的数据帧保存在存储空间中的位置时，直接覆盖掉最早处理过(之前已经接收到)的数据，并且当新接收到的数据帧的数据量小于数据存储区域中最早接收的数据帧时，就直接删掉最早接收的数据帧；当新接收到的数据帧的数据量大于数据存储区域中最早接收的数据帧时，就删掉之前接收的多个数据帧，直至存储空间能够满足最新接收到的数据帧的数据量大小为止。

如图4所示，本发明另一实施例，提供一种基于FPGA的通信数据存储管理装置，包括：

多个数据通信用站点(第1站点，第2站点，第三站点，……，第N-1站点)，并且某个站点(第N站点，或称当前站点)与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层，并且第N站点设置有分别与其他站点通信的信道；

每个站点都分别对应设置有数据存储区域、控制信息存储区域和控制器，具体地，可以是每个站点都分别设置有属于自己的数据存储区域、控制信息存储区域和控制器，还可以是多个站点共享相同的数据存储区域、控制信息存储区域和控制器，还可以是部分站点共享相同的数据存储区域、控制信息存储区域和控制器，部分站点设置有属于自己的数据存储区域、控制信息存储区域和控制器。

其中，控制信息存储区域独立于数据存储区域；优选地，控制信息存储区域与数据存储区域分别位于不同的存储器内，即控制信息存储区域与数据存储区域在硬件上就已经是分开的独立器件，并且构成控制信息存储区域与数据存储区域的硬件器件数量可以是1个或多个；或者控制信息存储区域与数据存储区域属于同一个存储器中不同的分区，即需要分配一个固定的第一存储空间用于存储数据和一个固定的第二存储空间用于存储控制信息。

控制器设置成：当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；同时控制信息存储区域存储有与数据帧对应的控制信息，控制信息包括数据帧在数据存储区域中的位置信息和长度信息。

具体地，当通信网络中有N个站点(N为大于1的正整数)的情况下，某个站点(或称为当前站点)设置有N-1个通信通道分别用于接收其他N-1个站点的通信数据，控制器将N-1个通信通道接收到来自其他站点的通信数据对应的数据帧，按照接收顺序依次存入至数据存储区域；接收顺序可以是先将第1站点的数据帧全部接收完之后，在接收第2站点的数据帧……，还可以是按照数据帧的顺序，依次接收第1站点的数据帧1、第2站点的数据帧1……；本实施例优选的实施方案中，某个站点与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层，控制器设置成能够同时并行处理多个其他站点的数据帧；所以本实施例优选的存储方式为：如图2所示，优选的实施方式是按照数据帧的顺序依次接收各其他站点的数据帧，这样N-1个通信通道可以同时接收其他站点的数据，处理速度更快。并且当通信网络中有N个站点的情况下，当数据存储区域存储有其他站点的数据帧时，控制信息存储区域存储有与数据帧对应的控制信息，控制信息包括数据帧在数据存储区域中的位置信息和长度信息；并且控制信息存储区域上述信息通过类似表格的方式进行对应，如图3所示，每个站点对应的数据帧都分别对应有在数据存储区域中的位置信息和长度信息，当然考虑每个站点对应有一个信道，所以第X站点(X为大于1的正整数，且小于N)的数据帧，也可以称为第X信道数据帧；图3是按照站点(或称信道)的顺序存储控制信息，但是本实施例不限于此，例如，还可以按照数据帧的顺序进行存储。优选地，控制信息是数据帧的首地址，数据帧在存储中的位置等；信息和数据格式很灵活，增加不同信息可实现不同功能，如实现组包功能的信息。而且实际应用中，在数据存储区域取出的数据帧，是可以组成一个包的全部数据帧；数据帧取出时，已经做了包完整性检查；不能组成一个数据包的数据帧，会一直存储在数据帧中，然后被新来数据掩盖。

进一步优选的实施方式中，控制器还设置成：当数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。即如果在数据通信过程中，当前站点对应的数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果还有接收到其他站点传送过来的数据时，将最新接收到的数据帧保存在存储空间中的位置时，直接覆盖掉最早处理过(之前已经接收到)的数据，并且当新接收到的数据帧的数据量小于数据存储区域中最早接收的数据帧时，就直接删掉最早接收的数据帧；当新接收到的数据帧的数据量大于数据存储区域中最早接收的数据帧时，就删掉之前接收的多个数据帧，直至存储空间能够满足最新接收到的数据帧的数据量大小为止。

需要说明的是，本发明实施例提供的实施方式中，上述控制器可以由硬件电路，例如ASCII电路，也可以通过固件代码，或者硬件结合软件的方式实现，上述实施例不对器具体实现方式进行特定限制。

如图5所示，本发明又一方面提供一种核安全级DCS仪控系统中环网板卡，该环网板卡包括：

数据接收端口110，设置成能够并行接收多个其他站点传送的通信数据，数据接收端口110的形式包括不行处理端口；

控制器120，设置成当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；并且

同时控制信息存储区域存储有与数据帧对应的控制信息，控制信息包括数据帧在数据存储区域中的位置信息和长度信息。

具体地，控制器120设置成：当通信网络中有N个站点(N为大于1的正整数)的情况下，某个站点(或称为当前站点)设置有N-1个通信通道分别用于接收其他N-1个站点的通信数据，控制器将N-1个通信通道接收到来自其他站点的通信数据对应的数据帧，按照接收顺序依次存入至数据存储区域；接收顺序可以是先将第1站点的数据帧全部接收完之后，在接收第2站点的数据帧……，还可以是按照数据帧的顺序，依次接收第1站点的数据帧1、第2站点的数据帧1……；本实施例优选的实施方案中，某个站点与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层，控制器设置成能够同时并行处理多个其他站点的数据帧；所以本实施例优选的存储方式为：如图2所示，优选的实施方式是按照数据帧的顺序依次接收各其他站点的数据帧，这样N-1个通信通道可以同时接收其他站点的数据，处理速度更快。并且当通信网络中有N个站点的情况下，当数据存储区域存储有其他站点的数据帧时，控制信息存储区域存储有与数据帧对应的控制信息，控制信息包括数据帧在数据存储区域中的位置信息和长度信息；并且控制信息存储区域上述信息通过类似表格的方式进行对应，如图3所示，每个站点对应的数据帧都分别对应有在数据存储区域中的位置信息和长度信息，当然考虑每个站点对应有一个信道，所以第X站点(X为大于1的正整数，且小于N)的数据帧，也可以称为第X信道数据帧；图3是按照站点(或称信道)的顺序存储控制信息，但是本实施例不限于此，例如，还可以按照数据帧的顺序进行存储。

进一步优选的实施方式中，控制器120还设置成当数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。

如图7、图8所示，本实施例提供的环网板卡数据动态存储有关的数据流包括：S802、对网络数据进行数据帧校验，S804、对数据帧缓存和排序进行组包处理，S806、对数据包解析，获取数据有效信息。其中，数据帧存储和排序组包模块就是利用了本实施例提供上述数据存储对应的技术方案。

采用本发明实施例提供的上述技术方案，可以获得以下有益效果中的至少一种：

1、通过动态分配存储空间的方式，而不需要提前将每个站点对应存储空间按照站点最大数据量分配；在DCS通信网络中，可在有限的存储空间上可以容纳更多的DCS站点，相比于静态分配它提高了存储利用率，减少了存储器件的使用量，节约了成本。

2、当数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧；可以在存储空间最大化利用的情况下，还为后面继续接收新收据提供了解决方案。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的通信数据存储管理方法，其特征在于，包括：

当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；

同时控制信息存储区域存储有与所述数据帧对应的控制信息，所述控制信息包括所述数据帧在所述数据存储区域中的位置信息和长度信息；

其中，所述控制信息存储区域独立于所述数据存储区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述某个站点与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层，并且能够同时并行处理多个其他站点的数据帧，并将多个站点对应的数据帧，按照接收顺序依次存入至数据存储区域，且在控制信息存储区域中分配相应的控制信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制信息存储区域与所述数据存储区域分别位于不同的存储器内，或者属于同一个存储器中不同的分区。

5.一种基于FPGA的通信数据存储管理装置，其特征在于，包括：

多个数据通信用站点，并且某个站点与其他站点之间的数据通信通过FPGA实现物理层和链路层；

每个站点都分别对应设置有数据存储区域、控制信息存储区域和控制器，其中，所述控制信息存储区域独立于所述数据存储区域；

所述控制器设置成：当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；同时控制信息存储区域存储有与所述数据帧对应的控制信息，所述控制信息包括所述数据帧在所述数据存储区域中的位置信息和长度信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器还设置成：当所述数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器还设置成：每个站点能够同时并行处理多个其他站点的数据帧；并将多个站点对应的数据帧，按照接收顺序依次存入至数据存储区域，且在控制信息存储区域中分配相应的控制信息。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制信息存储区域与所述数据存储区域分别位于不同的存储器内，或者属于同一个存储器中不同的分区。

9.一种核安全级DCS仪控系统中环网板卡，其特征在于，包括：

数据接收端口，设置成能够并行接收多个其他站点传送的通信数据；

控制器，设置成当通信网络中的某个站点接收其他站点的数据帧时，将接收的数据帧按照接收顺序依次存入至数据存储区域；并且

同时控制信息存储区域存储有与所述数据帧对应的控制信息，所述控制信息包括所述数据帧在所述数据存储区域中的位置信息和长度信息。

10.根据权利要求9所述的环网板卡，其特征在于，所述控制器还设置成当所述数据存储区域的存储空间写满的情况下，如果接收到其他站点的数据帧时，将最新接收的数据帧覆盖前面最早的处理过的数据帧。