CN111290869A - 一种多节点主从式网络系统及其中断处理方法 - Google Patents

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Abstract

本申请披露了一种多节点主从式网络系统及其中断处理方法，所述多节点主从式网络包括网络控制器节点和多个网络终端节点，所述方法包括：硬件写运行状态并计数；计数达到响应频度的整数倍时，硬件向软件上报消息中断；硬件写运行状态后将其写入消息完成信息队列，所述消息完成信息队列块为内存中的独立缓存区域，所述消息完成信息队列块用于存储消息的执行结果；软件响应消息中断；软件读取消息完成信息队列块。

Description

一种多节点主从式网络系统及其中断处理方法
技术领域
本申请涉及多节点通信系统领域，具体涉及一种多节点主从式网络系统及其中断处理方法。
背景技术
硬件中断为软件与硬件的交互过程中的关键环节之一，也是硬件主动发起交互的唯一途径。消息中断是硬件中断的一种，用于硬件向软件传递消息本轮次执行完成的信号和执行的结果。
FC-AE-1553网络是一种高带宽、低延迟、高可靠的光纤通信总线协议，其协议由美国国家标准协会（ANSI）制定，并定义了MIL-STD-1553B协议到光纤通道（FC, FiberChannel）高层协议的映射，它为光纤1553总线的开发提供了协议支撑。与传统MIL-STD-1553B总线一样，FC-AE-1553定义了一个命令/响应式的总线标准，同时为了提高可靠性，传输通道同样采用双冗余备份的机制。
软件与硬件的交互流程如图 1所示。其中硬件中断是硬件主动向软件发起交互的唯一途径。
具体到FC通信设备和软件，由于FC通信是高速率通信，消息中断频率高，同时软件必须保证每一次中断都要接收到不能丢失，这样才能保证通信的可靠性。
现状的消息中断执行流程如图 2所示，一次中断仅处理一条运行状态信息，当中断频率较高时易发生中断丢失或者运行状态被覆写的情况。
发明内容
针对现有技术中“中断频率较高时易发生中断丢失或者运行状态被覆写”的问题，本申请提出了一种多节点主从式网络系统及其中断处理方法。
本申请实施例的第一方面提供了一种多节点主从式网络中断处理方法，所述多节点主从式网络包括NC节点和多个NT节点，所述方法包括：硬件写运行状态并计数；计数达到响应频度的整数倍时，硬件向软件上报消息中断；硬件写运行状态后将其写入CQ队列，所述CQ块为DDR中的独立缓存区域，所述CQ块用于存储消息的执行结果；软件响应消息中断；软件读取CQ块。
进一步地，CQ块在DDR中对应一个指定起始位置和结束位置的存储区段，硬件维护一个写入位置，消息每执行一个轮次，硬件将消息完成信息写入以写入位置起始的CQ块中，并将写入位置向后偏移一个CQ块长度；当写入位置与结束位置重合时表示CQ区段已写满，硬件将写入位置重置为起始位置，从起始位置继续写入。
进一步地，所述NC端CQ块包括4个数据字，所述4个数据字分别为NC消息状态字、消息开始时间戳、消息结束时间戳和NT状态字。
进一步地，所述NC消息状态字第0～17位为消息状态位，包含各种错误状态和消息数据缓冲状态；所述NC消息状态字第18～21位为附加标记位；所述NC消息状态字第22～31位为消息索引，消息索引被用于：根据消息索引获取CQ块对应的消息配置块。
进一步地，所述NT端CQ块包括8个数据字，所述8个数据字分别为NT消息状态字、消息开始时间戳、消息结束时间戳、数据区指针、已传输数据长度、命令字、子地址和总数据长度/模式命令代码。
进一步地，所述NT消息状态字第0～2位为错误位；所述NT消息状态字第3～7位为附加标记位；所述NT消息状态字第8～19位为消息状态位；所述NT消息状态字第20～31位未使用。
进一步地，NC端CQ块对应多个NT端CQ块，NC的响应频度与NT的响应频度相同。
进一步地，NC通过预定义的物理消息激活NT的消息中断，NT接收到所述预定义的物理消息后，硬件向软件上报一次消息中断请求。
本申请实施例的第二方面提供了一种多节点主从式网络系统，所述多节点主从式网络包括NC节点和多个NT节点，所述网络节点包括硬件和软件，其中：所述硬件用于：写运行状态并计数；计数达到响应频度的整数倍时，向软件上报消息中断；写运行状态后将其写入CQ队列，所述CQ块为DDR中的独立缓存区域，所述CQ块用于存储消息的执行结果；所述软件用于：响应消息中断；读取CQ块。
本申请实施例，通过采用队列（CQ）的方式存储消息完成信息，在软件和硬件之间增加了缓冲，解决运行状态被覆写的问题；另外，通过CQ块、轮次计数和响应频度，控制硬件上报中断的频度，一次中断软件可以一次性处理多条消息完成信息和一次性读写多块载荷数据，提升了执行效率。本申请的其他优势见说明书的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构和操作。
图1是现有的硬件-软件交互流程；
图2是现有的消息中断执行流程；
图3是根据本申请的一些实施例所示的多节点主从式网络系统的中断处理方法示意图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，通过示例阐述了本申请的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本申请显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本申请中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。
应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本申请所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。
参看下面的说明以及附图，本申请的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本申请的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。
本申请中使用了多种结构图用来说明根据本申请的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本申请。本申请的保护范围以权利要求为准。
图1是现有的硬件-软件交互流程。如图1所示，第一步，软件初始化硬件配置；第二步，软件配置硬件开始工作；第三步，硬件向软件发送中断信号；第四步，软件接收硬件中断；第五步，软件读取硬件运行状态并执行相应处理；随后硬件可继续向软件发送中断信号。
图2是现有的消息中断执行流程。如图2所示，第一步，硬件写运行状态；第二步，硬件上报消息中断；第三步，硬件运行状态写入数据块；第四步，软件响应消息中断；第五步，软件读取存储在数据块中的硬件运行状态。在图2中所述的过程中，一次中断仅处理一条运行状态信息。
FC-AE-1553网络系统为主从式网络系统，系统中包括一个网络控制器（以下简称NC节点，Network Controller）和多个网络终端（以下简称NT节点，Network Terminal）。
图3是根据本申请的一些实施例所示的多节点主从式网络系统的中断处理方法示意图。如图3所示，所述方法包括：硬件写运行状态并计数；计数达到响应频度的整数倍时，硬件向软件上报消息中断；硬件写运行状态后将其写入CQ队列，所述CQ块为DDR中的独立缓存区域，所述CQ块用于存储消息的执行结果；软件响应消息中断；软件读取CQ块。
消息完成信息队列全拼为Completion Queue，缩写为CQ，用于放置每条消息每个轮次的执行结果，该消息存放于一个独立的缓存中。CQ中的一个节点称为一个CQ块。CQ在DDR中对应一个指定起始位置（start_pos）和结束位置（end_pos）的存储区段，硬件维护一个写入位置（write_pos），消息每执行一个轮次，硬件将消息完成信息写入以write_pos起始的CQ块中，并将writr_pos向后偏移一个CQ块长度（指向下一个CQ块）。当write_pos与end_pos重合时表示CQ区段已写满，硬件将write_pos重置为start_pos，从起始位置继续写入。
NC端CQ块格式如表1所示，包含4个数据字，分别为NC消息状态字、消息开始时间戳、消息结束时间戳和NT状态字（对应状态帧中的NT状态字）。消息状态字第0～17位为消息状态位，包含各种错误状态和消息数据缓冲区状态；第18～21位为附加标记位；第22～31位为消息索引，可根据此索引获取CQ块对应的消息配置块。NC端的消息状态位格式如表2所示。
表1 NC端CQ块格式
Figure 66418DEST_PATH_IMAGE001
表2 NC消息状态位
Figure 390083DEST_PATH_IMAGE002
NT端CQ块格式如表3所示，包含8个数据字，分别为NT消息状态字、消息开始时间戳、消息结束时间戳、数据区指针、已传输数据长度、命令字、子地址和总数据长度/模式命令代码。消息状态字第0～2位为错误位，第3～7位为附加标记位，第8～19位为消息状态位，其余位未使用。另外可通过CQ块中的子地址获取CQ块对应的消息配置块。NT端的错误位与消息状态位格式如表4所示。
表3 NT端CQ块格式
Figure 435399DEST_PATH_IMAGE003
表4 NT错误位和消息状态位
Figure 299450DEST_PATH_IMAGE004
响应频度即软件响应消息中断的频度，也即硬件向软件上报消息中断的频度。具体是指，软件向硬件配置响应频度数值，硬件对消息执行轮次进行计数，当计数值每达到响应频度的整数倍时，硬件向软件上报一次消息中断。
由于NC负责与多个NT进行通信，因此NC的CQ块对应于多个NT的CQ块，为了减少缓存CQ序列带来的响应延时，可以将NC的CQ块响应频次与NT的CQ块进行适配，也就是NC配置的硬件响应频次按单个NT来计数，例如NT1的消息执行轮次为M时硬件上报一次消息中断请求。而对应的，NC配置的硬件响应频次也设置为M。此时，无论NC的队列中有多少个消息，NC的软件和对应的NT（例如NT1）的软件均在相同的时间获得对应消息的中断消息。这意味着上层应用，例如上层APP侧不会由于缓存不适配而带来额外的时延。这种时延在高可靠通信中仍然可能带来不确定性，尤其是CQ序列的缓存空间较大的时候。
在另外一种实施方式中，NC可以通过预定义的物理消息来激活NT的消息中断上报。也就是，NC通过光纤通道发送一个物理层消息，该物理层消息与上层信令无关，NT收到该消息后，硬件向软件上报一次消息中断请求。进一步，NT可以通过物理层信令上报缓存的数据量，这样NC就可以在本地控制所有NT的消息中断上报行为，也就是整个网络的硬件消息中断均可以自适应的被调整，NC可以监控所有NT的缓存状态，以避免由于中断消息频率过高而导致的丢失或被覆盖。
本申请相比于现有技术，具有如下有益效果：
一、采用队列（CQ）的方式存储消息完成信息，在软件和硬件之间增加了缓冲，解决运行状态被覆写的问题；
二、CQ块起到在消息配置和消息完成信息之间建立准确的对应关系的作用；
三、通过CQ块、轮次计数和响应频度，控制硬件上报中断的频度，一次中断软件可以一次性处理多条消息完成信息和一次性读写多块载荷数据，提升了执行效率；
四、用户可实时获取消息完成信息，对消息的运行过程进行监控；
五、高可靠的中断响应，保证了数据传输的可靠性和顺畅性；
六、循环使用的CQ和频度可控的中断响应，提升了软件性能与硬件性能的适配度。
应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种多节点主从式网络中断处理方法，其特征在于，所述多节点主从式网络包括网络控制器节点和多个网络终端节点，所述方法包括：
硬件写运行状态并计数；
计数达到响应频度的整数倍时，硬件向软件上报消息中断；
硬件写运行状态后将其写入消息完成信息队列，所述消息完成信息队列块为内存中的独立缓存区域，所述消息完成信息队列块用于存储消息的执行结果；
软件响应消息中断；
软件读取消息完成信息队列块。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，消息完成信息队列块在内存中对应一个指定起始位置和结束位置的存储区段，硬件维护一个写入位置，消息每执行一个轮次，硬件将消息完成信息写入以写入位置起始的消息完成信息队列块中，并将写入位置向后偏移一个消息完成信息队列块长度；当写入位置与结束位置重合时表示消息完成信息队列区段已写满，硬件将写入位置重置为起始位置，从起始位置继续写入。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络控制器端消息完成信息队列块包括4个数据字，所述4个数据字分别为网络控制器消息状态字、消息开始时间戳、消息结束时间戳和网络终端状态字。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述网络控制器消息状态字第0～17位为消息状态位，包含各种错误状态和消息数据缓冲状态；
所述网络控制器消息状态字第18～21位为附加标记位；
所述网络控制器消息状态字第22～31位为消息索引，消息索引被用于：根据消息索引获取消息完成信息队列块对应的消息配置块。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络终端端消息完成信息队列块包括8个数据字，所述8个数据字分别为网络终端消息状态字、消息开始时间戳、消息结束时间戳、数据区指针、已传输数据长度、命令字、子地址和总数据长度/模式命令代码。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述网络终端消息状态字第0～2位为错误位；
所述网络终端消息状态字第3～7位为附加标记位；
所述网络终端消息状态字第8～19位为消息状态位；
所述网络终端消息状态字第20～31位未使用。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，网络控制器端消息完成信息队列块对应多个网络终端端消息完成信息队列块，网络控制器的响应频度与网络终端的响应频度相同。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，网络控制器通过预定义的物理消息激活网络终端的消息中断，网络终端接收到所述预定义的物理消息后，硬件向软件上报一次消息中断请求。
9.一种多节点主从式网络系统，其特征在于，所述多节点主从式网络包括网络控制器节点和多个网络终端节点，所述网络节点包括硬件和软件，其中：
所述硬件用于：
写运行状态并计数；
计数达到响应频度的整数倍时，向软件上报消息中断；
写运行状态后将其写入消息完成信息队列队列，所述消息完成信息队列块为内存中的独立缓存区域，所述消息完成信息队列块用于存储消息的执行结果；
所述软件用于：
响应消息中断；
读取消息完成信息队列块。
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