CN112134814B - 一种板级互联网络结构及通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板级互联网络结构及通信方法，本结构基于共享内存架构，采用事务级的建模方法；该结构包括命令传送网络和应答网络，网络中用到的主要模块有互联网络主设备片外集中互联统一转发接口、互联网络主设备片内片外专用互联接口、互联网络从设备接口、内存地址映射表、本地时间、线程传输事务、仲裁器、路由器。本发明板级系统中模块的互联更为精确，同时兼顾片内和片外不同层次的通信事务，使不同层次的通信事务相统一，有序、准确地实现通信数据包的分发和接收。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路硬件建模领域，具体涉及一种板级互联网络结构及通信方法。
背景技术
硬件建模技术有助于在硬件开发之初快速搭建出原型系统，较早地对硬件进行架构探索、功能或性能仿真，从而极大缩短硬件的开发周期。在集成电路设计领域，随着多核和超多核处理器的发展，片上多核仿真平台成为片上系统设计必不可少的开发工具。然而对于板级系统而言，板卡级虚拟仿真平台较少报道。与片上系统类似，板卡级虚拟仿真平台能够对硬件开发板进行仿真验证，有助于硬件开发板的搭建、设计、仿真以及功能和性能测试。
与片上系统中IP核之间的通信互联方式不同，板级系统中模块的互联更为复杂，需要同时兼顾片内和片外不同层次的通信事务，如何使不同层次的通信事务相统一，有序、准确地实现通信数据包的分发和接收，是板级系统建模中首要考虑的问题。
发明内容
本发明提供一种板级互联网络结构及通信方法，该结构采用事务级的建模方法，以解决板级虚拟平台中不同模块之间的通信互联问题，该结构及通信方法，能够实现板卡中片内模块之间、以及片内与片外模块之间的相互通信。
本发明解决技术问题提供如下方案：
一种板级互联网络结构，其特征在于：本结构基于共享内存架构，采用事务级的建模方法；
该结构包括命令传送网络和应答网络，网络中用到的主要模块有互联网络主设备片外集中互联统一转发接口、互联网络主设备片内片外专用互联接口、互联网络从设备接口、内存地址映射表、本地时间、线程传输事务、仲裁器、路由器；
所述命令传送网络，一方面用于对多个主设备请求进行时间过滤和仲裁，一方面用于将过滤后的消息路由至正确的从设备中；
所述应答网络，用于对主设备请求进行应答；
所述互联网络主设备片外集中互联统一转发接口，用于与主设备片外端口进行连接；
所述主设备片外端口，是指将主设备作为一个整体芯片时，对外连接端口；
所述互联网络主设备片内片外专用互联接口，用于与主设备片内端口进行连接；
所述主设备片内端口，是指主设备内部模块的对外连接端口；
所述互联网络从设备接口，用于与从设备端口进行连接；
所述内存地址映射表，包含命令路由表和应答路由表，用于实现内存地址与设备ID号之间的对应关系；
所述本地时间，一方面用于描述不同线程事务的时间属性，另一方面用于实现不同线程事务的同步化；
所述线程传输事务，用于描述板级互联网络在每个时钟周期按序执行的硬件行为集合；
所述线程传输事务根据主从设备的当前状态，以及传送命令的读写要求，实施一系列的操作；
所述仲裁器用于对多个主设备的请求采用先进先出的优先级处理方法，若主设备请求具有相同的本地时间，则采用轮询方式仲裁；
所述路由器，一方面用于将仲裁后的线程事务，路由至正确的从设备；一方面用于将从设备的应答消息，路由至正确的主设备；
对于每一个独立的主设备，互联网络均有与之相对应的一个集中互联统一转发接口，该接口负责主设备内部各个子模块请求消息的转发。
所述一种用于板级互联网络结构的通信方法，所述方法可用于多个主设备与从设备，以及主设备内部模块与从设备之间的通信，该方法包括：
a.首先板级互联网络通过互联网络主设备片内片外专用互联接口接收来自主设备片内模块发送的请求命令；
b.板级互联网络通过互联网络主设备片外集中互联统一转发接口对每个主设备片内子模块的请求命令进行统一管理；
c.板级互联网络将互联网络主设备片外集中互联统一转发接口接收的请求命令放入命令缓冲池中；
d.板级互联网络将命令缓冲池中的消息根据先入先出和时间片轮转的原则，路由到正确的从设备中；
e.从设备接收到请求消息后，对消息作出应答，并告知相应主设备；
f.板级互联网络中的仿真进程在每个时钟的上升沿被唤醒，取出时间片中最早的命令，将其路由到正确的从设备中。
所述通信方法为：
1、仿真进程在时钟的上升沿被唤醒；
当仿真开始后，板级互联网络的仿真进程在时钟的上升沿被触发，在一个时钟周期内，将进行以下2-8一系列的事务处理；
2、板级互联网络接收来自主设备片内模块发送的请求命令；
主设备请求经过片内片外专用互联接口发送到板级互联网络中，这些请求到达板级互联网络后被统一处理；
3、板级互联网络对每个主设备片内子模块的请求命令进行统一转发；
每个主设备在互联网络中有与之对应的集中互联统一转发接口，负责对该主设备中若干子模块请求命令进行统一管理，并转发到互联网络中的仲裁模块；
4、板级互联网络将统一转发的请求命令放入命令缓冲池中；
经板级互联网络集中互联统一转发接口转发的命令依次放入到命令缓冲池队列中；
5、板级互联网络根据先入先出和时间片轮转的原则对命令进行仲裁；
命令缓冲池的请求命令装满以后，进入到互联网络中的仲裁模块，仲裁模块根据队列先入先出的思想和时间片轮转的原则，对请求命令进行仲裁；
6、仲裁后的消息路由到正确的从设备；
仲裁后得到优先级最高的命令消息，然后互联网络将该命令路由到正确的从设备；
7、从设备接收到命令后发出应答；
从设备接收到主设备请求后，对请求作出相应的应答；
8、应答消息路由到正确的主设备；
从设备的应答消息经过事务传输通道，把应答消息路由到正确的主设备。
一种用于板级互联网络结构的通信方法，所述通信方法包括多个主设备竞争时采用的仲裁方法，用于对多个主设备的请求进行仲裁，该仲裁方法包括：
1、主设备请求进入缓冲队列；
其中主设备请求进入缓冲队列的具体过程为：(1)板级互联网络将集中接收的请求命令存入到统一的缓冲池中，每一个请求命令包含请求命令的主设备ID、进入缓冲池的时间、以及命令的事务属性等信息；(2)按照时间片轮转方式让每个主设备的请求依次入队。
2、检测缓冲队列是否已满；
缓冲队列的长度设置为主设备的个数，每次入队的总长度达到主设备的总个数时，表明队列已满；
3、如果否，表明如果队列未满，则进入1，继续入队；
4、如果是，扫描队列中的所有请求；
扫描队列中每个请求的入队时间，并进行比较；
5、选择队列中时间最早的请求；
通过比较，找到队列中最小时间的请求，即为时间最早的请求；
6、一个请求被选出；
通过比较，发现队列中时间最小的请求只有一个；
7、如果是，将该请求路由到相应的从设备；
如果最小时间的请求仅有一个，那么这个请求就是优先级最高的主设备请求，选出该请求后，将该请求路由到相应的从设备；
8、如果否，多个相同时间的请求被选出；
如果两个或者两个以上的请求均已入队，并且时间都是最小的；
9、选出入队次序最早的请求；
如果选出两个或者两个以上的请求，那么就在这些请求中选出入队次序最早的请求，将该请求路由到相应的从设备。
一种用于板级互联网络结构的通信方法，所述通信方法包括设备地址寻址方法，所采用的设备地址寻址方式为：
1、地址空间分块；
根据主从设备的类型和数量，对整个设备地址空间进行分块，使每个设备对应地址空间中一个分区；每个分区需要给出初始地址和分区总地址，对于主设备内的子模块，其空间分段应该包含在所在主设备的地址空间分段内；
2、主设备地址编码；
主设备编码后的地址包括三个部分：主设备ID号，主设备片内模块ID号和设备起始地址；当然仅有起始地址是不够的，还必须定义该设备的空间地址尺寸；
3、从设备地址编码；
本方法中所提及的从设备，不再单独考虑从设备内部模块，而是将从设备作为一个整体参与互联，因此，从设备地址编码仅考虑两部分：从设备ID号和设备起始地址；
4、地址译码；
地址译码是地址编码的逆过程，通过对事务的传入地址，按照编码格式进行解析，即为地址编码；
5、主设备ID或者主设备内子模块ID或者从设备ID；
地址译码的最终目的是为了得到主设备ID，或者主设备内子模块ID，或者从设备ID；一旦获知了事务传送的目的ID，便能够将设备路由到正确的设备。
本发明的有益效果：本发明的板卡级互联网络结构能够对硬件开发板进行仿真验证，有助于硬件开发板的搭建、设计、仿真以及功能和性能测试，与片上系统中IP核之间的通信互联方式不同，本发明板级系统中模块的互联更为精确，同时兼顾片内和片外不同层次的通信事务，使不同层次的通信事务相统一，有序、准确地实现通信数据包的分发和接收。
附图说明
图1为本发明的板级互联网络通信接口的组成框图；
图2为本发明的板级互联网络组成模块示意图；
图3为板级互联网络通信流程示意图；
图4为本发明的互联网络中多个主设备竞争时采用的仲裁方法示意图；
图5为本发明的路由方法示意图；
图6为本发明的设备地址寻址方法示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例；虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制，相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了本发明一实施例提供的板级互联网络通信接口的组成框图；如图1所示，主设备11、主设备12通过板级互联网络22与外设模块31、外设模块32和外设模块33进行数据通信；图中所述板级互联网络的对外接口主要包括互联网络主设备片外集中互联统一转发接口221、互联网络主设备片内片外专用互联接口2211，互联网络主设备片内片外专用互联接口2212，互联网络主设备片外集中互联统一转发接口2221，互联网络主设备片内片外专用互联接口2222，互联网络从设备互联接口2231，互联网络从设备互联接口2232，互联网络从设备互联接口2233。
所述互联网络主设备片外集中互联统一转发接口221，可以用于对主设备11内部各个子模块向互联网络发送的消息进行集中管理与转发；
所述互联网络主设备片内片外专用互联接口2211，可以用于板级互联网络与主设备11的子模块111的连接与数据通信；
所述互联网络主设备片内片外专用互联接口2212，可以用于板级互联网络与主设备11的子模块112的连接与数据通信；
所述互联网络主设备片外集中互联统一转发接口222，可以用于对主设备12内部各个子模块向互联网络发送的消息进行集中管理与转发；
所述互联网络主设备片内片外专用互联接口2221，可以用于板级互联网络与主设备11的子模块121的连接与数据通信；
所述互联网络主设备片内片外专用互联接口2222，可以用于板级互联网络与主设备12的子模块122的连接与数据通信；
所述互联网络从设备互联接口2231，可以用于板级互联网络与外设模块31的连接与数据通信；
所述互联网络从设备互联接口2232，可以用于板级互联网络与外设模块32的连接与数据通信；
所述互联网络从设备互联接口2233，可以用于板级互联网络与外设模块33的连接与数据通信；
所设计的板级互联网络通信接口，对于每一个独立的主设备，互联网络均有与之相对应的一个集中互联统一转发接口，该接口负责主设备内部各个子模块请求消息的转发，对于每个独立的主设备，尽管主设备内部有多个子模块向互联网络发送请求，但是这些请求由集中转发接口统一分发出去，对于互联网络而言，方便消息的时间管理，仲裁和路由的接收与分发。
图2为本发明一实施例提供的板级互联网络组成模块示意图；如图2所示，板级互联网络的底层需要三种机制：本地时间、线程同步和地址映射；
所述本地时间用来设置事务传输开始的时间和传输到达的时间，需要进行动态更新；
所述线程同步能够使得来自不同主从设备的线程能够在量子时间逝去时，进行消息的时间同步；
所述量子时间是为了实现线程同步而定义的时间戳，所述地址映射是指在共享内存的地址空间分段中，每个主存设备都对应唯一的设备地址，该地址与设备ID号存在一定的映射关系；
另外，在底层三种仿真机制的驱动下，互联网络包含两个核心子网络：命令请求网络和应答网络；
所述命令请求网络，包含仲裁和路由两个子模块；
所述仲裁模块的作用是对多个主设备的请求命令按照一定的优先级处理方式依次响应，所述仲裁模块采用的通信方法将在附图4中详细论述；
所述命令网络中路由模块的作用是将仲裁后的请求发送到正确的从设备；所述应答网络，包括路由模块；
所述应答网络中路由模块的作用是将从设备的应答消息发送到正确的主设备；
另外，互联网络的顶层包括一个仿真进程，所述仿真进程在每一个时钟周期的上升沿均被触发，完成命令请求网络和应答网络中的传输事务；
附图3为板级互联网络通信流程示意图；如图3所示，板级互联网络的通信流程为：
1、仿真进程在时钟的上升沿被唤醒；
当仿真开始后，板级互联网络的仿真进程在时钟的上升沿被触发，在一个时钟周期内，将进行2-8一系列的事务处理；
2、板级互联网络接收来自主设备片内模块发送的请求命令；
主设备请求经过片内片外专用互联接口发送到板级互联网络中，这些请求到达板级互联网络后被统一处理；
3、板级互联网络对每个主设备片内子模块的请求命令进行统一转发；
每个主设备在互联网络中有与之对应的集中互联统一转发接口，负责对该主设备中若干子模块请求命令进行统一管理，并转发到互联网络中的仲裁模块。
4、板级互联网络将统一转发的请求命令放入命令缓冲池中；
经板级互联网络集中互联统一转发接口转发的命令依次放入到命令缓冲池队列中。
5、板级互联网络根据先入先出和时间片轮转的原则对命令进行仲裁；
命令缓冲池的请求命令装满以后，进入到互联网络中的仲裁模块，仲裁模块根据队列先入先出的思想和时间片轮转的原则，对请求命令进行仲裁。
6、仲裁后的消息路由到正确的从设备；
仲裁后得到优先级最高的命令消息，然后互联网络将该命令路由到正确的从设备。
7、从设备接收到命令后发出应答；
从设备接收到主设备请求后，对请求作出相应的应答。
8、应答消息路由到正确的主设备；
从设备的应答消息经过事务传输通道，把应答消息路由到正确的主设备。
附图4为本发明一实施例提供的互联网络中多个主设备竞争时采用的仲裁方法示意图，用于对多个主设备的请求进行仲裁，该方法包括：
1、主设备请求进入缓冲队列；
其中主设备请求进入缓冲队列的具体过程为：(1)板级互联网络将集中接收的请求命令存入到统一的缓冲池中，每一个请求命令包含请求命令的主设备ID、进入缓冲池的时间、以及命令的事务属性等信息；(2)按照时间片轮转方式让每个主设备的请求依次入队。
2、检测缓冲队列是否已满；
缓冲队列的长度设置为主设备的个数，每次入队的总长度达到主设备的总个数时，表明队列已满；
3、如果否，表明如果队列未满，则进入1，继续入队；
4、如果是，扫描队列中的所有请求；
扫描队列中每个请求的入队时间，并进行比较；
5、选择队列中时间最早的请求；
通过比较，找到队列中最小时间的请求，即为时间最早的请求；
6、一个请求被选出；
通过比较，发现队列中时间最小的请求只有一个；
7、如果是，将该请求路由到相应的从设备；
如果最小时间的请求仅有一个，那么这个请求就是优先级最高的主设备请求，选出该请求后，将该请求路由到相应的从设备；
8、如果否，多个相同时间的请求被选出；
如果两个或者两个以上的请求均已入队，并且时间都是最小的；
9、选出入队次序最早的请求；
如果选出两个或者两个以上的请求，那么就在这些请求中选出入队次序最早的请求，将该请求路由到相应的从设备；
图5为本发明一实施例提供的路由方法示意图；如图5所示，仲裁后的主设备请求，经前向传输通道，将请求命令送至正确的从设备；从设备得到请求消息后，经过后向传输通道，将应答消息发送至主设备。
图6为本发明一实施例提供的设备地址寻址方法示意图，如图6所示，所采用的设备地址寻址方式为：
1、地址空间分块；
根据主从设备的类型和数量，对整个设备地址空间进行分块，使每个设备对应地址空间中一个分区。每个分区需要给出初始地址和分区总地址，对于主设备内的子模块，其空间分段应该包含在所在主设备的地址空间分段内。
2、主设备地址编码；
主设备编码后的地址包括三个部分：主设备ID号，主设备片内模块ID号和设备起始地址。当然仅有起始地址是不够的，还必须定义该设备的空间地址尺寸；
3、从设备地址编码；
本公开中所提及的从设备，不再单独考虑从设备内部模块，而是将从设备作为一个整体参与互联。因此，从设备地址编码仅考虑两部分：从设备ID号和设备起始地址；
4、地址译码；
地址译码是地址编码的逆过程，通过对事务的传入地址，按照编码格式进行解析，即为地址编码；
5、主设备ID或者主设备内子模块ID或者从设备ID；
地址译码的最终目的是为了得到主设备ID，或者主设备内子模块ID，或者从设备ID，一旦获知了事务传送的目的ID，便能够将设备路由到正确的设备。
Claims (6)
1.一种板级互联网络结构，其特征在于：本结构基于共享内存架构，采用事务级的建模方法；
该结构包括命令传送网络和应答网络，网络中用到的主要模块有互联网络主设备片外集中互联统一转发接口、互联网络主设备片内片外专用互联接口、互联网络从设备互联接口、内存地址映射表、本地时间、线程传输事务、仲裁器、路由器；
所述命令传送网络，一方面用于对多个主设备请求进行时间过滤和仲裁，一方面用于将过滤后的消息路由至正确的从设备中；
所述应答网络，用于对主设备请求进行应答；
所述互联网络主设备片外集中互联统一转发接口，用于与主设备片外端口进行连接；
所述主设备片外端口，是指将主设备作为一个整体芯片时，对外连接端口；
所述互联网络主设备片内片外专用互联接口，用于与主设备片内端口进行连接；
所述主设备片内端口，是指主设备内部模块的对外连接端口；
所述互联网络从设备互联接口，用于与从设备端口进行连接；
所述内存地址映射表，包含命令路由表和应答路由表，用于实现内存地址与设备ID号之间的对应关系；
所述本地时间，一方面用于描述不同线程事务的时间属性，另一方面用于实现不同线程事务的同步化；
所述线程传输事务，用于描述板级互联网络在每个时钟周期按序执行的硬件行为集合；
所述线程传输事务根据主从设备的当前状态，以及传送命令的读写要求，实施一系列的操作；
所述仲裁器用于对多个主设备的请求采用先进先出的优先级处理方法，若主设备请求具有相同的本地时间，则采用轮询方式仲裁；
所述路由器，一方面用于将仲裁后的线程事务，路由至正确的从设备；一方面用于将从设备的应答消息，路由至正确的主设备。
2.根据权利要求1所述的板级互联网络结构，该结构中包含主设备片外集中互联统一转发接口和主设备片内片外专用互联接口，其特征在于：对于每一个独立的主设备，互联网络均有与之相对应的一个片外集中互联统一转发接口，该接口负责主设备内部各个子模块请求消息的转发。
3.一种用于板级互联网络结构的通信方法，其特征在于：所述方法可用于多个主设备与从设备，以及主设备内部模块与从设备之间的通信，该方法包括：
a.首先板级互联网络通过互联网络主设备片内片外专用互联接口接收来自主设备片内模块发送的请求命令；
b.板级互联网络通过互联网络主设备片外集中互联统一转发接口对每个主设备片内子模块的请求命令进行统一管理；
c.板级互联网络将互联网络主设备片外集中互联统一转发接口接收的请求命令放入命令缓冲池中；
d.板级互联网络将命令缓冲池中的消息根据先入先出和时间片轮转的原则，路由到正确的从设备中；
e.从设备接收到请求消息后，对消息作出应答，并告知相应主设备；
f.板级互联网络中的仿真进程在每个时钟的上升沿被唤醒，取出时间片中最早的命令，将其路由到正确的从设备中。
4.根据权利要求3所述一种用于板级互联网络结构的通信方法，其特征在于：所述通信方法为：
1、仿真进程在时钟的上升沿被唤醒；
当仿真开始后，板级互联网络的仿真进程在时钟的上升沿被触发，在一个时钟周期内，将进行以下2-8一系列的事务处理；
2、板级互联网络接收来自主设备片内模块发送的请求命令；
主设备请求经过片内片外专用互联接口发送到板级互联网络中，这些请求到达板级互联网络后被统一处理；
3、板级互联网络对每个主设备片内子模块的请求命令进行统一转发；
每个主设备在互联网络中有与之对应的片外集中互联统一转发接口，负责对该主设备中若干子模块请求命令进行统一管理，并转发到互联网络中的仲裁模块；
4、板级互联网络将统一转发的请求命令放入命令缓冲池中；
经板级互联网络片外集中互联统一转发接口转发的命令依次放入到命令缓冲池队列中；
5、板级互联网络根据先入先出和时间片轮转的原则对命令进行仲裁；
命令缓冲池的请求命令装满以后，进入到互联网络中的仲裁模块，仲裁模块根据队列先入先出的思想和时间片轮转的原则，对请求命令进行仲裁；
6、仲裁后的消息路由到正确的从设备；
仲裁后得到优先级最高的命令消息，然后互联网络将该命令路由到正确的从设备；
7、从设备接收到命令后发出应答；
从设备接收到主设备请求后，对请求作出相应的应答；
8、应答消息路由到正确的主设备；
从设备的应答消息经过事务传输通道，把应答消息路由到正确的主设备。
5.根据权利要求3所述一种用于板级互联网络结构的通信方法，其特征在于：所述通信方法包括多个主设备竞争时采用的仲裁方法，用于对多个主设备的请求进行仲裁，该仲裁方法包括：
1、主设备请求进入缓冲队列；
其中主设备请求进入缓冲队列的具体过程为：
(1)板级互联网络将集中接收的请求命令存入到统一的缓冲池中，每一个请求命令包含请求命令的主设备ID、进入缓冲池的时间、以及命令的事务属性信息；
(2)按照时间片轮转方式让每个主设备的请求依次入队；
2、检测缓冲队列是否已满；
缓冲队列的长度设置为主设备的个数，每次入队的总长度达到主设备的总个数时，表明队列已满；
3、如果否，表明队列未满，则进入1，继续入队；
4、如果是，扫描队列中的所有请求；
扫描队列中每个请求的入队时间，并进行比较；
5、选择队列中时间最早的请求；
通过比较，找到队列中最小时间的请求，即为时间最早的请求；
6、一个请求被选出；
通过比较，发现队列中时间最小的请求只有一个；
7、如果是，将该请求路由到相应的从设备；
如果最小时间的请求仅有一个，那么这个请求就是优先级最高的主设备请求，选出该请求后，将该请求路由到相应的从设备；
8、如果否，多个相同时间的请求被选出；
如果两个或者两个以上的请求均已入队，并且时间都是最小的；
9、选出入队次序最早的请求；
如果选出两个或者两个以上的请求，那么就在这些请求中选出入队次序最早的请求，将该请求路由到相应的从设备。
6.根据权利要求3所述一种用于板级互联网络结构的通信方法，其特征在于：所述通信方法包括设备地址寻址方法，所采用的设备地址寻址方式为：
1、地址空间分块；
根据主从设备的类型和数量，对整个设备地址空间进行分块，使每个设备对应地址空间中一个分区；每个分区需要给出初始地址和分区总地址，对于主设备内的子模块，其空间分段应该包含在所在主设备的地址空间分段内；
2、主设备地址编码；
主设备编码后的地址包括三个部分：主设备ID号，主设备片内模块ID号和设备起始地址；当然仅有起始地址是不够的，还必须定义该设备的空间地址尺寸；
3、从设备地址编码；
本方法中所提及的从设备，不再单独考虑从设备内部模块，而是将从设备作为一个整体参与互联，因此，从设备地址编码仅考虑两部分：从设备ID号和设备起始地址；
4、地址译码；
地址译码是地址编码的逆过程，通过对事务的传入地址，按照编码格式进行解析，即为地址译码；
5、主设备ID或者主设备内子模块ID或者从设备ID；
地址译码的最终目的是为了得到主设备ID，或者主设备内子模块ID，或者从设备ID；一旦获知了事务传送的目的ID，便能够将设备路由到正确的主设备或者从设备。
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