CN112039803B - 一种在时间触发网络中的数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在时间触发网络中的数据传输方法,包括以下步骤:步骤1:根据网络中的节点数量设置相应数量的业务流,每个业务流对应着一个发送队列;步骤2:给网络中的每个节点配置时间调度表,并将时间调度表写到各节点控制器的RAM中;步骤3:将各业务流中的数据从RAM中读出,存放在发送队列中;步骤4:各节点的发送端读取RAM中的时间调度发送表,获取当前时隙的发送队列,将数据从发送队列中取出发送出去;步骤5:各节点的接收端读取RAM中的时间调度接收表,判断当前接收到的数据与时间调度接收表中分配的时隙对应的数据是否匹配,如果匹配则接收,否则丢弃。本发明能保证网络中数据发送和接收的时间确定性,提高数据传输的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信领域,尤其涉及一种在时间触发网络中的数据传输方法。
背景技术
随着工业信息化、智能化的发展,对网络通信要求越来越高,特别是对低时延、高带宽、强容错、无冲突等方面通信需求日益迫切。时间触发网络技术因此被提了出来,时间触发网络是以网络中各节点的时间同步为基础,在时间触发以太网中有AS6802和IEEE1588等时间同步协议,时间触发FC网络也有原语时间同步的方法,所以时间触发网络中的时间同步方法已经比较成熟。而时间触发网络中各节点所遵循的时间调度表有着核心地位,时间调度表规定了网络中各节点在满足时间同步的基础上的数据的发送与接收时刻。然而,当前的时间触发网络技术中还没有成熟的使网络中各节点数据的发送与接收完全满足时间调度表的规划、使数据确定性传输的方法。
因此,本发明提供一种在时间触发网络中的数据传输方法,最终实现数据的确定性通信。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷,提供一种在时间触发网络中的数据传输方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明提供一种在时间触发网络中的数据传输方法,该方法包括以下步骤:
步骤1:根据网络中的节点数量设置相应数量的业务流,每个业务流对应着一个发送队列;
步骤2:由驱动给网络中的每个节点配置时间调度表,时间调度表包括时间调度发送表和时间调度接收表,并将时间调度表写到各节点控制器的RAM中;
步骤3:通过直接存储器访问将各业务流中的数据从RAM中读出,存放在对应的发送队列中;
步骤4:各节点的发送端读取RAM中的时间调度发送表,获取当前时隙的发送队列,将数据从发送队列中取出发送出去;
步骤5:各节点的接收端读取RAM中的时间调度接收表,判断当前接收到的数据与时间调度接收表中分配的时隙对应的数据是否匹配,如果匹配则接收,否则丢弃。
进一步地,本发明的所述步骤1中包括以下步骤:
步骤1.1:业务流包括:由时间触发的TT业务流,以及不由时间触发的非TT业务流;每个TT业务流对应着网络中数据的源地址和目的地址;
步骤1.2:每个节点所承担的业务流数量为网络中的节点数N,其中包含N-1个TT业务流和1个非TT业务流,网络中总的业务流数量为N2;
步骤1.3:每个业务流对应一个发送队列,即每个节点共有N个发送队列。
进一步地,本发明的所述步骤2包括以下步骤:
步骤2.1:上层软件提前规划好网络中数据传输的时间调度表,并将时间调度表按节点数目N分为N个节点各自的时间调度表,包括时间调度发送表和时间调度接收表,并下发给驱动;
步骤2.2:驱动给网络中的每个节点配置各自对应的时间调度表,并下发给节点的硬件;
步骤2.3:分别将时间调度发送表和时间调度接收表按时隙的顺序写到节点控制器的两个RAM区域中。
进一步地,本发明的所述步骤2中配置时间调度表的规则包括:
1)在网络进行数据传输前提前规划好时间调度表,分为时间调度发送表和时间调度接收表,分别对应数据的发送方向和接收方向;
2)时间调度表的表项内容包含:源地址、目的地址、有效位、时隙以及队列编号,每个时隙对应一个表项,时间调度表的总项数等于时隙的总个数;
3)源地址表明当前时隙要发送的数据的起始节点,目的地址表明当前时隙要发送的数据的目的节点,有效位表明当前时隙要发送的数据是否为由时间触发的TT业务流,队列编号表明当前时隙要发送或接收的数据来自的队列。
进一步地,本发明的所述步骤2.2中的两个RAM区域具体为:
RAM的深度为时隙的总个数,宽度为时间调度表的总位数,驱动给每个节点配置好时间调度表后,按照时隙的顺序依次将各时隙对应的表项内容写到节点控制器的RAM中;由于时间调度表分为时间调度发送表和时间调度接收表,所以有两个RAM区域,分别存放时间调度发送表和时间调度接收表的信息。
进一步地,本发明的所述步骤2.3中节点控制器包括FPGA。
进一步地,本发明的所述步骤4包括以下步骤:
步骤4.1:节点发送端读取时间调度发送表对应的RAM中的表项内容,获取当前时隙所要发送数据的相关信息;
步骤4.2:若读取到的有效位为1,表明要发送的数据为TT业务数据,则跳转至步骤4.3;若有效位为0,表明要发送的数据为非TT业务数据,直接将其从对应队列中取出,发送出去;
步骤4.3:每当计时器计时到调度表中的一个时隙时,就将该时隙对应发送队列中存放的TT业务数据取出,并发送出去。
进一步地,本发明的所述步骤5中包括以下步骤:
步骤5.1:节点接收端读取时间调度接收表对应的RAM中的表项内容,获取接收到的数据所在队列所对应的时隙;
步骤5.2:节点接收端判断接收的数据是TT业务数据还是非TT业务数据,若为TT业务数据则跳转至步骤5.3,若为非TT业务数据则直接将其接收;
步骤5.3:当节点接收端接收到TT业务数据时,判断当前计时器的计时时间是否在时间调度接收表中规定的该数据所在队列的接收时隙内。若在则接收,否则丢弃。
本发明产生的有益效果是:
1、本发明对网络中要传输的数据根据网络中的节点数量设置了相应数量的业务流,其中包含由时间触发的TT业务流以及不由时间触发的非TT业务流。时间触发表的设计同时包含了对TT业务数据与非TT业务数据的调度,并且调度表为非TT业务数据单独预留了时隙,使得非TT业务数据不占用TT业务数据的时隙,所以非TT业务数据的传输不会影响TT业务数据的传输。
2、本发明对网络中各节点数据的发送与接收进行了时间上的调度,设计了发送与接收方向的两个时间调度表,分别对数据的发送与接收方向进行调度,各节点只能在时间调度表规定的时隙内发送或接收TT业务数据,使得网络中的数据传输达到时间确定性的要求。
3、巧妙地利用FPGA中的RAM来存放上层驱动配置下来的时间调度表,该RAM的深度即为总的时隙个数,按照时隙的顺序依次向RAM中填入各时隙对应的表项内容。各节点只需按顺序读取表项内容,获取该时隙的相关发送或接收信息,即可完成时间调度表对各节点数据的发送与接收的控制。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例的方法流程图;
图2是本发明实施例的FC网络示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本具体实施方法中,以时间触发FC网络为例,如图2所示,该网络中共有6个节点以及一个交换机,分别是节点A(地址为0x003001),节点B(地址为0x003002),节点C(地址为0x003003)、节点D(地址为0x003004)、节点E(地址为0x003005)和节点F(地址为0x003006)。该网络中的计时器周期为640ns,分为64个时隙,每个时隙的长度为10ns。下面将对节点A发送与接收数据的过程的步骤进行详细说明。本发明的步骤包括如下步骤:
步骤1:由于网络中共有6个节点,所以节点A共承担6个业务流的数据,其中包含5个TT业务流(业务流1、业务流2、业务流3、业务流4和业务流5)和1个非TT业务流(业务流6),TT为Time trigger的缩写。业务流1对应的源地址为0x003001,目的地址为0x003002,即节点A向节点B发送的TT业务数据;业务流2对应的源地址为0x003001,目的地址为0x003003,即节点A向节点C发送的TT业务数据;业务流3对应的源地址为0x003001,目的地址为0x003004,即节点A向节点D发送的TT业务数据;业务流4对应的源地址为0x003001,目的地址为0x003005,即节点A向节点E发送的TT业务数据;业务流5对应的源地址为0x003001,目的地址为0x003006,即节点A向节点F发送的TT业务数据;业务流6为节点A发送出去的非TT业务数据。每个业务流对应一个发送队列,所以节点A共有6个发送队列,分别是队列1、队列2、队列3、队列4、队列5和队列6。
步骤2:由驱动给网络中的每个节点配置时间触发调度表,并将调度表写到FPGA的RAM中;所述步骤2包括如下步骤:
步骤2.1:上层软件将提前规划好的网络中数据传输的时间调度表分为6个节点各自的时间调度表(包括时间调度发送表和时间调度接收表),并下发给驱动,节点A的时间调度发送表和时间调度接收表分别如表1和表2所示;
表1节点A的时间调度发送表
表2节点B的时间调度接收表
源地址 | 目的地址 | 有效位 | 时隙 | 队列编号 |
0x003003 | 0x003001 | 1 | 0000001 | 00000010 |
0x003001 | Ox003001 | 1 | 0000010 | 00000100 |
0x003002 | Ox003001 | 0 | 0000011 | 00000101 |
0x003002 | Ox003001 | 1 | 0000100 | 00000001 |
0x003004 | Ox003001 | 1 | 0000101 | 00000011 |
0x003004 | Ox003001 | 1 | 0000110 | 00000011 |
0x003001 | Ox003001 | 1 | 0000111 | 00000100 |
0x003003 | Ox003001 | 1 | 0001000 | 00000010 |
0x003003 | Ox003001 | 1 | 0001001 | 00000010 |
0x003002 | Ox003001 | 1 | 0001010 | 00000001 |
0x003003 | Ox003001 | 0 | 0001011 | 00000101 |
0x003004 | Ox003001 | 1 | 0001100 | 00000011 |
0x003003 | Ox003001 | 1 | 0001101 | 00000010 |
0x003004 | Ox003001 | 0 | 0001110 | 00000101 |
0x003002 | Ox003001 | 1 | 0001111 | 00000001 |
0x003004 | Ox003001 | 1 | 0010000 | 00000011 |
步骤2.2:驱动给网络中的每个节点配置每个节点各自对应的时间调度表,并下发给硬件,时间调度表设计为64位,包括24位的源地址、24位的目的地址、1位的有效位、7位的时隙以及8位的队列编号;
步骤2.3:分别将时间调度发送表和时间调度接收表按时隙的顺序写到FPGA的两个RAM中,RAM的深度为时隙数64,宽度为时间调度表的总位数64;
步骤3:通过DMA将各业务流中的数据从RAM中读出,存放在对应的发送队列中,即将业务流1中的数据存放在队列1中,将业务流2的数据存放在队列2中,将业务流3的数据存放在队列3中,将业务流4的数据存放在队列4中,将业务流5的数据存放在队列5中,将业务流6的数据存放在队列6中;
步骤4:节点A的发送端读取RAM中的时间调度发送表,在当前时隙获取要发送的队列,将数据从发送队列中取出发送出去;所述步骤4包括如下步骤:
步骤4.1:节点A发送端读取时间调度发送表对应的RAM中的表项内容,获取当前时隙所要发送数据的相关信息;
步骤4.2:若读取到的有效位为1,表明要发送的数据为TT业务数据,则跳转至步骤4.3;若有效位为0,表明要发送的数据为非TT业务数据,直接将其从队列5中取出,发送出去;
步骤4.3:每当计时器计时到调度表中的一个时隙时,就将该时隙对应发送队列中存放的TT业务数据取出,并发送出去。
例如节点A读取到表1中的第3个时隙,有效位为1,该时隙要发送的是队列2中的TT业务数据,将队列2中的数据取出,发送出去,送往地址0x003003,即节点C;读取到表1中的第4个时隙,有效位为0,该时隙要发送的是队列5中的非TT业务数据,将队列5中的数据取出,送往地址0x003002,即节点B。
步骤5:节点A的接收端读取RAM中的时间调度接收表,判断当前接收到的数据是否与调度表中分配的时隙匹配,如果匹配则接收,否则丢弃。所述步骤5包括如下步骤:
步骤5.1:节点A的接收端读取时间调度接收表对应的RAM中的表项内容,获取接收到的数据所在队列所对应的时隙;
步骤5.2:节点A的接收端判断接收的数据是TT业务数据还是非TT业务数据,若为TT业务数据则跳转至步骤5.3,若为非TT业务数据则直接将其接收;
步骤5.3:当节点A的接收端接收到TT业务数据时,判断当前计时器的计时时间是否在时间调度接收表中规定的该数据所在队列的接收时隙内。若在则接收,否则丢弃。
本发明的在时间触发网络中的数据传输方法,用于实现网络中各节点按照时间调度表进行数据的发送与接收,最终实现网络数据的确定性传输;网络中的所有通信节点按照制定好的时间调度表来进行数据的发送与接收,保证了网络中数据的发送和接收的时间确定性,提高数据传输的稳定性和可靠性;该方法满足时间确定性传输,可用于时间触发以太网和时间触发FC网络中的设计与实现中。
应当理解,本发明的保护范围并不仅仅限制于本实例中的FC网络中的6个节点,对于具有多个节点的FC网络和以太网同样适用于本发明的方法,并且时间调度表的规划,以及计时器总的计时长度、时隙的长度与个数都可以有不同的设定,且都在本发明的保护范围内,按时间调度进行数据的传输的方法与本实例的过程完全一致。对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种在时间触发网络中的数据传输方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1:根据网络中的节点数量设置相应数量的业务流,每个业务流对应着一个发送队列;
步骤2:由驱动给网络中的每个节点配置时间调度表,时间调度表包括时间调度发送表和时间调度接收表,并将时间调度表写到各节点控制器的RAM中;
步骤3:通过直接存储器访问将各业务流中的数据从RAM中读出,存放在对应的发送队列中;
步骤4:各节点的发送端读取RAM中的时间调度发送表,获取当前时隙的发送队列,将数据从发送队列中取出发送出去;
步骤5:各节点的接收端读取RAM中的时间调度接收表,判断当前接收到的数据与时间调度接收表中分配的时隙对应的数据是否匹配,如果匹配则接收,否则丢弃;
所述步骤2包括以下步骤:
步骤2.1:上层软件提前规划好网络中数据传输的时间调度表,并将时间调度表按节点数目N分为N个节点各自的时间调度表,包括时间调度发送表和时间调度接收表,并下发给驱动;
步骤2.2:驱动给网络中的每个节点配置各自对应的时间调度表,并下发给节点的硬件;
步骤2.3:分别将时间调度发送表和时间调度接收表按时隙的顺序写到节点控制器的两个RAM区域中;
所述步骤2.3中的两个RAM区域具体为:
RAM的深度为时隙的总个数,宽度为时间调度表的总位数,驱动给每个节点配置好时间调度表后,按照时隙的顺序依次将各时隙对应的表项内容写到节点控制器的RAM中;由于时间调度表分为时间调度发送表和时间调度接收表,所以有两个RAM区域,分别存放时间调度发送表和时间调度接收表的信息;
所述步骤4包括以下步骤:
步骤4.1:节点发送端读取时间调度发送表对应的RAM中的表项内容,获取当前时隙所要发送数据的相关信息;
步骤4.2:若读取到的有效位为1,表明要发送的数据为TT业务数据,则跳转至步骤4.3;若有效位为0,表明要发送的数据为非TT业务数据,直接将其从对应队列中取出,发送出去;
步骤4.3:每当计时器计时到调度表中的一个时隙时,就将该时隙对应发送队列中存放的TT业务数据取出,并发送出去。
2.根据权利要求1所述的在时间触发网络中的数据传输方法,其特征在于,所述步骤1中包括以下步骤:
步骤1.1:业务流包括:由时间触发的TT业务流,以及不由时间触发的非TT业务流;TT业务流中的数据为TT业务数据,非TT业务流中的数据为非TT业务数据;每个TT业务流对应着网络中数据的源地址和目的地址;
步骤1.2:每个节点所承担的业务流数量为网络中的节点数N,其中包含N-1个TT业务流和1个非TT业务流,网络中总的业务流数量为N2;
步骤1.3:每个业务流对应一个发送队列,即每个节点共有N个发送队列。
3.根据权利要求1所述的在时间触发网络中的数据传输方法,其特征在于,所述步骤2中配置时间调度表的规则包括:
1)在网络进行数据传输前提前规划好时间调度表,分为时间调度发送表和时间调度接收表,分别对应数据的发送方向和接收方向;
2)时间调度表的表项内容包含:源地址、目的地址、有效位、时隙以及队列编号,每个时隙对应一个表项,时间调度表的总项数等于时隙的总个数;
3)源地址表明当前时隙要发送的数据的起始节点,目的地址表明当前时隙要发送的数据的目的节点,有效位表明当前时隙要发送的数据是否为由时间触发的TT业务流,队列编号表明当前时隙要发送或接收的数据来自的队列。
4.根据权利要求1所述的在时间触发网络中的数据传输方法,其特征在于,所述步骤2.3中节点控制器包括FPGA。
5.根据权利要求2所述的在时间触发网络中的数据传输方法,其特征在于,所述步骤5中包括以下步骤:
步骤5.1:节点接收端读取时间调度接收表对应的RAM中的表项内容,获取接收到的数据所在队列所对应的时隙;
步骤5.2:节点接收端判断接收的数据是TT业务数据还是非TT业务数据,若为TT业务数据则跳转至步骤5.3,若为非TT业务数据则直接将其接收;
步骤5.3:当节点接收端接收到TT业务数据时,判断当前计时器的计时时间是否在时间调度接收表中规定的该数据所在队列的接收时隙内, 若在则接收,否则丢弃。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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