CN114174953A - 低复杂度以太网节点(len)一个端口 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于将主机设备耦合到作为网络节点的交换网络的网络接口模块。该网络接口模块包括：用于通信地耦合到交换网络的共享总线的单个半双工端口；至少一个帧队列，所述帧队列的大小以存储一个通过所述共享总线接收到的多播读帧；和逻辑电路。逻辑电路被配置为：对用于包括用于所述交换网络的其他网络节点的多个读取命令的所述多播读帧的有效载荷中包括的接口模块的读取命令进行解码；和当检测所述共享总线可用于传输时，在所述共享总线上传输包括读取数据的响应帧。

Description

低复杂度以太网节点(LEN)一个端口
要求优先权
本申请要求于2019年6月28日提交的美国临时申请序列号62/868,288的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文件涉及交换网络，特别是与多点和多联网络接口的设备。
背景技术
区域网络(例如，广域网(WAN)或局域网(LAN))由多个网络节点组成。通过根据协议，例如以太网协议，发送数据包，可以在网络的节点之间传递信息。网络交换设备可用于实现区域网络。然而，网络交换机通常包括多个端口，每个端口包括用于通信的硬件和软件。这使得网络交换设备对于某些应用来说成本过高。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以代表相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体示出了本文件中讨论的各种实施例。
图1A-1C是低复杂度多点网络的示例的框图。
图2是网络接口模块的示例的框图。
图3A-3B是低复杂度多点网络的进一步示例的框图。
图4A-4B示出了网络接口模块的另一示例的框图。
图5是用于半双工多点网络的多播写帧的示例。
图6是用于半双工多点网络的单播写帧的示例。
图7是全双工点对点网络的多播读取请求的示例的图示。
图8是半双工多点网络的多播读取请求的示例的图示。
图9是用于半双工多点网络的多播读取帧的示例。
图10是用于半双工多点网络的单播读帧的示例。
图11-17是低复杂度多点网络的进一步示例的框图。
图18是控制交换网络的操作的方法的示例的流程图。
具体实施方式
为了降低实现以太网等交换网络的成本，可以使用半双工设备实现低复杂度的多点或多点网络。
图1A是低复杂度多点网络的示例的框图。该网络包括主设备102或主节点，以及作为共享网络链路108(例如，共享总线)上的网络节点连接的多个网络接口模块。在此示例中，多点网络是以太网网络，网络接口模块是以太网网络接口模块(EIM)。主设备102可以是具有足够处理能力来执行所描述的功能的任何以太网感知设备。示例包括个人计算机(PC)、基于云的服务器、可编程逻辑控制器(PLC)、电子控制单元(ECU)、中央/区域处理单元或专用控制器。主设备102发起作为从节点的EIM采取的动作，并向EIM发送读帧、写帧、发现帧和状态帧。
EIM 104用于将设备(例如，主机设备110)连接到网络。为了保持EIM简单和低成本，EIM 104可以仅由硬件电路组成并且可以不包括执行软件中包括的指令的处理器或控制器。EIM 104可以包括硬件状态机和其他逻辑电路以执行所描述的功能。除了主设备和EIM之外，网络还可以包括其他以太网设备106。这些其他设备包括物理(PHY)层、媒体访问控制(MAC)层，并且通常包括微处理器或微控制器，以执行与使用网络传输数据相关的功能。
该网络是一个多点网络，其中所有网络节点都可以看到在共享链路(例如，共享总线)上传输的所有数据。由于多点网络的广播特性，网络上同时有一个发送器和多个接收器。网络节点仅具有到共享网络链路108的单个半双工端口。因为对链路的访问在所有网络节点之间共享，所以每个节点只能在当前没有其他节点正在发送时才能发送。这意味着网络节点应该存储所有要传输的相关信息，直到共享链路可用，此时它们可以在共享链路上传输它们的数据，并且共享链路上的所有其他节点都可以接收数据。多点网络的半双工特性也意味着网络节点应该能够适当地处理共享链路上的冲突。
图2是网络接口模块204(例如，EIM)的示例的框图。网络接口模块204的半双工端口包括PHY层212和MAC层214。网络接口模块204包括帧队列216以在本地缓冲帧。帧将保留在帧队列216中，直到传输成功或达到重试限制。网络接口模块204可以包括短队列218，用于评估逻辑220评估接收的分组，或者评估逻辑可以使用帧队列216评估帧。评估逻辑220在接收的帧穿过短队列218时对其进行监视，并且将帧的目的地地址与该设备的本地存储地址进行比较。有错误的帧被丢弃。读/写逻辑224和寄存器/存储空间226用于与连接的设备传输数据。读/写逻辑224和寄存器/存储器空间226的大小和复杂性取决于所连接设备的复杂性。外部设备(例如，主机设备)连接到外部接口222。外部接口222的一些示例包括串行外围接口(SPI)、通用输入输出(GPIO)接口和通用异步接收器/发送器(UART)接口。
在半双工多点网络中，由于数据只能在任何一次发送或接收，如果节点想从其入口/出口端口发送数据并且共享链路可用，则该节点可以这样做，且没有丢失传入数据的危险(根据定义，它不能在传输的同时接收数据)，并且除了在MAC层处理冲突所需的内容之外，没有额外的要求来缓冲接收到的数据。
这允许半双工以太网网络上的低复杂性以太网设备轻松生成要传输的以太网数据帧，而无需从网络中的主设备明确请求。帧的生成通常是为了响应某些本地事件。此类本地事件的一些示例包括：
·节点内发生的事件(例如内存访问错误、本地超时等)；
·网络接口上发生的事件(例如帧校验序列错误、锁定丢失/恢复、网络过载情况消失、不正确的命令序列等)；
·传感器/执行器接口上的事件(例如从外部传感器推送的数据、外部IO触发器、帧错误、协议检查错误、冲突错误等)；
·与全局同步时间或本地自由运行时间相关的时间触发事件(例如同步数据捕获、输出或重放、心跳状态更新等)；
这些功能可以由主设备配置为网络的主从架构的一部分。
在半双工多点网络中，网络主节点(例如图1A中的主设备102)将不需要为从节点提供一个容器框架来放入他们的数据以便从从节点查询上述信息。这种操作有很多好处。网络效率将得到提高(相同或更多数量的信息以减少网络流量)。它消除了对需要以非预定方式访问网络的轮询设备的要求。它改善了从节点访问网络的延迟。
图1B是低复杂度以太网多点网络的另一示例的框图，其中该网络包括多个主设备102(主设备1、主设备2)和多个EIM 104(EIM A、EIM B、EIM C)。网络可用于传输单播帧和多播帧。
以下网络序列说明了半双工多点网络上单播和多播操作的冲突检测/退避传输管理。
1.主设备1将发现帧传输到默认多播地址。
2.EIM A具有最短的退避时间，并开始成功传输发现响应帧。
3.EIM B、主设备2和EIM C在EIM A完成后尝试传输它们的响应时都会发生冲突。
4.主设备2获得链路控制权并成功传输其响应。
5.EIM C获得控制权并进行传输。
6.EIM B获得链路的控制权并进行传输。
此时，Master 1和Master 2都拥有该网段上设备的全貌。现在，使用单播操作，Master 1将一些参数编程到每个设备中，以优化未来的网络操作；单播传输延迟、多播传输延迟和传输的最大重试计数。
每个EIM将使用最小单播传输延迟值进行编程，以最小化传输/响应时间。对于多播延迟，设备将被优先考虑，这样就不会发生冲突，并且响应的时间总是相似的。重试计数可以设置为较小的值，以便主设备302可以快速响应故障。
·EIM A
o单播传输延迟TX_DELAY_MIN
o组播传输延迟MCAST_TX_DELAY_MIN
o最大重试次数2(例如)
·EIM B
o单播传输延迟TX_DELAY_MIN
o组播传输延迟
MCAST_TX_DELAY_MIN+DELAY_INCREMENT
o最大重试次数2
·EIM C
o单播传输延迟TX_DELAY_MIN
o组播传输延迟
MCAST_TX_DELAY_MIN+(2*DELAY_INCREMENT)
o最大重试次数2
这最大限度地提高了网络的整体响应能力，并且可以使用单播和多播操作。请注意，在这种情况下，单播操作将如下进行：
·主设备发送单个组播帧
·每个EIM按顺序响应帧。
图1C是低复杂度以太网多点网络的另一示例的框图，其中网络包括主设备102和连接到共享网络链路108的多个EIM 104(EIM A、EIM B、EIM C)。EIM B将多个传感器或致动器连接到共享网络链路108。多个传感器或致动器被添加到连接到EIM B的外部接口的共享总线160。在某些示例中，多个传感器/致动器并联连接，用于例如SPI、GPIO接口或UART接口。在某些示例中，多个传感器/致动器通过模拟信号输入和输出连接到EIM。
图3A是低复杂度以太网多点网络的另一个示例的框图。主设备302通过中间网络连接(例如网桥设备)连接，不需要通过网络链路308连接到从节点。
图3B是又一种低复杂度以太网多点网络的框图。网络包括多个主设备302，但其中一个主设备(例如，微控制器单元，或MCU)通过EIM 304连接到网络。通过EIM连接的主设备包括连接到微控制器的PHY层和MAC层。这允许从设备用作主设备和从设备。
图4A和4B示出了作为EIM 404的网络接口模块的示例的框图。EIM 404将主机设备(未显示)耦合到多点网络作为多点网络的低复杂性半双工网络节点。在变体中，主机设备可以是传感器或执行器，网络接口模块使主机设备成为工业物联网(IIoT)的一部分。在其他变体中，网络接口模块允许主机设备成为汽车、飞机或铁路应用网络的一部分。
在图4B中，EIM 404的半双工端口包括PHY层412、MAC层414和外部输入/输出(IO)接口。到相关联设备的外部接口422可以包括SPI和GPIO接口之一或两者。外部接口的其他选项可以包括内部集成电路(I2C)接口、改进的内部集成电路(I3C)接口、控制器局域网(CAN)接口、CAN灵活数据速率(CAN-FD)接口、Next Evolution CAN(CAN-XL)接口、本地互联网网络(LIN)接口、通用时钟IO、UART、外围传感器接口5(PSI5)等。EIM 404除了包括半双工端口MAC层和PHY层之外，还包括具有专用SPI 424的第二个外部接口。这允许EIM 404用作如图3B的示例中的双主设备和从设备。例如，这对于将低复杂性以太网(LCE)从设备连接到传感器/执行器和并行运行的MCU可能是有用的，该MCU作为主设备运行到通过专用SPI 424连接的其他设备。
存储器426(例如，随机存取存储器或RAM)和寄存器427用于与主机设备传输数据。EIM 404包括接收分析逻辑电路420以评估接收的帧。EIM 404还包括高优先级帧队列416和低优先级帧队列417。多个接收(Rx)和发送(Tx)队列416允许流量在逐帧的基础上传入和传出专用SPI 424或半双工端口，并且还允许传输和接收的流量优先级。每个队列都足够大以存储最大帧大小的至少一帧。在某些方面，队列不保存整个帧。队列416可以仅存储源地址、目的地地址、VLAN报头、以太网类型、LEN子命令和LEN命令，并且当帧被动态生成时从存储器426读取有效载荷。
EIM 404还包括帧构建器430。帧构建器430可以包括状态机逻辑电路以构建用于传输的帧。帧构建器430可以动态构建帧(例如，当它们被传输时)。帧构建器430构建包括帧头(例如，标准以太网帧头)网络命令和从存储器426读取的有效载荷数据的帧。
EIM 404还可以包括到外部MCU的并行接口路径。除了控制外部传感器/致动器的低复杂性网络接口之外，这还可以操作。该接口可以通过高优先级和低优先级Tx和Rx队列416访问MAC层。基于接收到的帧的目的地地址，帧被路由到低复杂度接口或外部MCU。Tx消息路由器将仲裁对MAC的访问。这种与外部MCU的并行接口为其提供网络访问，同时本地传感器和执行器通过低复杂性网络接口进行控制。
EIM 404可以包括加密逻辑电路432。主节点可以与作为从节点的EIM 404通信加密数据。加密逻辑电路432可以使用唯一的密钥来加密和解密数据。EIM 404可以包括时间戳逻辑电路，其向帧添加时间戳以指示何时发送或接收帧。
EIM 404可以包括连接到PHY层412的时间/同步电路434以提供用于时间同步的基于硬件的选项。该硬件将处理时间同步帧(802.1AS-rev)并使用其中的信息，除了用于入口和出口帧的捕获事件时间戳之外，将本地时钟与从包含的网络主时钟传输的全局时间同步和同步同步帧内。全局时间接口进入外部接口422，在那里它可以用于给数据捕获加时间戳/安排定时启动/创建同步时钟源。时间同步硬件发送和接收时间同步帧以计算网络延迟并请求和响应时间同步信息。同步时间在本地用于根据同步时间驱动事件、创建同步时钟源以及在内部和传感器/执行器接口上为事件加时间戳。
到达半双工端口的以太网单播和组播写帧被检查相关的以太网类型、地址和命令，并根据多点网络实现的网络协议(例如以太网协议)进行解码和处理。在适当的情况下，数据被写入到RAM 426的一个或多个相关部分。由于共享链接，冲突是可能的并且很有可能；这意味着在检测到冲突之前将有很多情况下接收到部分帧。网络协议通过在完全接收到帧并验证帧校验序列(FCS)之前不执行任何主机操作或寄存器写入来处理这些情况。
EIM 404能够接收和处理单播和多播帧。图5是包含用于多点网络的多个低复杂度以太网命令的多播写帧的示例。与单播帧写入相比，多播帧写入在数据效率和延迟方面具有一些显着优势。在多播帧中，前导、目标地址、源地址、虚拟局域网(VLAN)标头(如果包含)、以太网类型、填充(如果需要)和FCS的开销在每个由多播地址寻址的节点之间共享。包含这些字段的单个多播帧仅与要写入每个节点(例如，图5中的节点1到N，其中N是大于1的整数)的数据和/或命令一起发送一次，并且每个节点提取发往该节点的数据和命令。然后可以将提取的数据传送到与从节点相关联的主机设备。
消息有效载荷可以包括“目的地覆盖”字段以允许将每个单独的命令定向到从设备的多播组内的一个或多个接口。不需要每个设备的数据的固定偏移位置。
每个LCE命令可以接收一个序列号。这些序列号依次递增。如果接口接收到带有乱序序列号的命令，则不会处理该命令。还可以生成可选的错误事件中断帧并将其发送回发出命令的主设备。EIM中所有本地生成的消息还将包含一个序列号，该序列号必须在接收时由主控方进行验证。通过在LCE命令头中设置适当的标志，可以从LCE从节点请求确认帧。当这些请求被LCE从设备接收和处理时，它将以一个包含它期望接收的下一个预期序列号的帧进行响应。当接收到乱序序列号时，下一个预期序列号不会递增，因此从设备将始终响应指示序列被中断的点，从而允许主设备采取适当的纠正措施。
图6是包含用于多点网络的单个LCE命令的单播写帧的示例。单播写帧被发送到一个网络节点。每个节点的单播寻址将需要在发送到每个节点的单播帧中唯一地复制字段(例如，对于N个节点中的每个节点一次)。不需要目的地覆盖文件。
多播多命令帧在延迟方面也非常有效。不必为每个帧重复所有上述字段意味着从发送节点到一组多播接收节点所需的时间显着减少。减少的相对规模与有效载荷的大小有关。对于小负载，数据效率的提高是显着的，因为负载大小增加了以太网开销相对于负载的减少，使用多播寻址与单播寻址相比所获得的延迟优势也是如此。
除了输出驱动或输入捕获的相对同步之外，多个EIM可以预先加载所需的数据和/或命令，并且可以使用后续的多播帧在所有节点上并行触发操作。由于EIM是基于硬件的，不会在每个节点产生传统解决方案的可变软件处理延迟，因此可以实现准确的相对时间同步精度。
EIM 404也接收、解码和处理网络读帧、读/写帧、配置读帧、发现返回帧和状态返回帧。由于EIM 404的半双工操作，帧存储在优先级队列中，直到共享链路可用于传输响应帧。存储的帧字段包括：
·源地址(返回帧的目的地址)
·VLAN标头
·网络子命令
·网络命令
o+相关有效载荷部分
·帧的优先级
不需要存储在队列中的可能包括：
·FCS(已检查但未存储)
·与其他网络节点相关的不适用组播字段
·要写入存储器的数据426
队列416可以存储传输请求直到共享总线可用。一旦可用，最高优先级队列将首先发送其数据进行传输。队列416还包含优先接收队列，其允许更重要的消息在处理中优先于较低优先级的帧接收，从而增加网络对此类帧的响应。优先级队列还可以与由时间同步电路434提供的与全局时间同步的调度结合使用，以进一步改进网络的确定性和这些低复杂性以太网设备的性能。
当有机会发送时，响应帧可以由帧构建器430即时构建。在根据存储的帧请求和预配置寄存器的组合构建标准以太网帧头之后，输入适当的网络子命令和命令，然后是直接从存储器426读取的数据有效载荷内容。存储器426的内容和存储的帧请求内容不会在队列中被覆盖，直到完整帧已通过共享链接成功传输或达到重试限制。响应帧也可以作为帧接收确认发送而不包含任何读取数据。
当传输成功完成时，传输请求和内存相关内容将被释放以进行写访问。如果在传输期间的任何点发生冲突，则帧生成过程可以被冻结、重新缠绕(回到具体点，取决于MAC+PHY中存储了多少数据)或完全重新开始，这取决于帧构建器430与之接口的MAC层414和PHY层412的架构。这是可能的，因为所有相关数据仍然可用(例如，在帧队列中)并且没有因为检测到冲突而被覆盖或删除。
与在全双工点对点网络方法中转发的数据相比，当接收到多播请求时从EIM 404返回到网络主设备的数据被优化，在全双工点对点网络方法中，两个端口以菊花链拓扑连接设备。网络节点仅返回与特定网络节点相关的请求数据。此外，不需要来自主设备的数据请求在帧内插入空间以供EIM 404插入该数据。与全双工点对点传输方法相比，这提高了网络在信道容量使用方面的效率。
图7是全双工点对点网络的多播读取请求的示例的图示。在该示例中，网络主节点702向两个从节点(从节点1、从节点2)发送多播读帧705。多播读帧705包括用于从每个从节点1和从节点2请求数据的有效载荷空间。多播读帧705从主设备传递到从节点1，从节点1处理多播读取帧705并通过将其请求的数据插入多播帧的从节点1有效载荷空间来修改该帧。从节点1然后将多播读帧705传递给从节点2，该从节点2处理多播读帧并将其请求的数据插入从节点2的有效载荷空间。因为网络是全双工点对点网络，从节点2将多播读取帧705从它接收多播帧的端口反射回主设备702。
可以看出，网络容量没有得到充分利用，因为多播读取帧705必须以点对点的形式通过节点到节点来填充，然后再次返回到主设备702。信道容量使用随着节点数量的增加而减少。例如，如果主设备702想要从8个从节点读取100字节的数据，则主设备702将需要构造多播读取帧，除了标准以太网帧协议字段外，该帧还包括用于800字节数据的有效载荷空间。然后必须由点对点网络中的8个从节点中的每一个接收、修改和传输大型多播读帧(并由任何中间节点接收和传输)，以收集来自所有8个从节点的数据.
图8是半双工多点网络的多播读取请求的示例的图示。在该示例中，网络主节点802向两个从节点(从节点1、从节点2)发送多播读帧805。从节点804可以是EIM。每个从节点对帧中包括的一个或多个命令进行解码，并向主设备802返回具有所请求的读取数据的响应帧810。
对于构建多播读帧805以从半双工多点网络上的8个从节点请求100字节数据的示例，该帧仅需要标准以太网字段和多点网络协议字段。多播读帧805不需要额外的800字节有效载荷空间来承载来自每个从节点的请求数据。每个从节点发送的响应帧810只包括请求的100个字节，不包括来自其他7个从节点的额外的700个字节。
图9是去往半双工多点网络的不同EIM设备的多个读取命令的多播帧905的图示。单个帧中可以包含多个命令，并且单个命令可以包含针对特定接口类型(例如SPI、I2C等)的多个接口命令。图10是由用于半双工多点网络的单个读取命令组成的单播帧1015的图示。不要求多播读取帧包含用于半双工多播读取操作的有效载荷占位符。接收从节点等待共享链路传输介质可用，然后将请求的数据返回给主节点。这允许优化多播读取请求帧，如图9所示。该帧仅需要标准以太网字段和多点网络协议字段(例如，网络命令和子命令)。读取帧包括一个SPI命令字段和一个SPI大小字段，以指示要读取的字节数。需要注意的是，帧中不包括SPI有效载荷的占位符。从节点读取的数据量越大，数据效率提升越大。由于消除了多个读取数据占位符，因此进一步提高了多播读取操作的数据效率。
这里描述的设备、系统和方法提供低复杂度的多联交换网络。网络协议利用多播和单播操作优化信道容量的使用。
图11是低复杂度多点网络的另一示例的框图。该网络包括一个或多个主设备1102和多个EIM 1104，它们作为网络节点连接在以多点方式连接多个传感器和致动器1142的单个以太网链路1108上。单个低复杂度多点网络1100可以支持多个传统网络的替换。在传感器节点1140或执行器节点1142不需要处理，使得所有处理能够在主节点1102处执行。主节点1102可以并入中央或区域处理单元或其他电子控制单元(ECU)中。该网络可用于为车门和汽车座椅的传感器和执行器提供连接。
图12是低复杂度多点网络的另一示例的框图。该网络包括一个或多个主设备1202和EIM 1204，它们作为单个以太网链路1208上的网络节点连接，该链路将多个音频设备例如麦克风1244和扬声器1246连接到网络。该网络支持与多个音频设备的以太网连接，而无需在音频设备节点进行处理。这为汽车应用提供了低延迟的确定性连接。
图13是低复杂度多点网络的另一示例的框图。该网络包括一个或多个主设备1302和EIM 1304，它们作为单个以太网链路1308上的网络节点连接，该以太网链路将多个超声波传感器1348或其他超声波设备连接到网络。多点方法使处理能够从每个超声波传感器中移除并且在主节点1302中合并处理。
图14是低复杂度多点网络的另一示例的框图。该网络包括一个或多个主设备1402和EIM 1404，它们作为将多个发光二极管阵列(LED阵列1450)连接到网络的单个以太网链路1408上的网络节点连接。LED阵列1450可用于车辆的内部照明或车辆的外部前灯。不使用低复杂度技术的传统以太网设备1406也可以连接到网络。
图15是低复杂度多点网络的另一示例的框图。该网络包括一个或多个主设备1502和EIM 1504，它们作为连接模数转换器(ADC)设备1552和数模转换器(DAC)设备1554的单个以太网链路1508上的网络节点连接。
图16是低复杂度多点网络的另一示例的框图。该网络包括作为单个以太网链路1608上的网络节点连接的一个或多个主设备1602和EIM 1604。类似于图15中的网络，该网络连接模数转换器(ADC)设备1652和数模转换器(DAC)设备1654，但多个ADC和DAC可以连接到单个EIM 1604。
图17是低复杂度多点网络的另一示例的框图。该网络包括一个或多个主设备1702和EIM 1704，它们作为连接视频传感器设备1756和视频显示设备1758的单个以太网链路1708上的网络节点连接。
图18是控制交换网络的操作的方法1800的示例的流程图。交换网络可以是这里描述的任何示例网络。交换网络是一种多联交换网络，其中所有网络节点都可以看到在共享网络链路上传输的所有数据。
在1805，多播命令帧从网络主节点发送到耦合到共享网络链路的多个网络从节点。网络从节点包括使用网络接口模块耦合到共享链路的节点。
在1810，多播帧被接收到第一网络从节点的第一网络接口模块的帧队列中。使用耦合到共享网络链路的半双工端口接收多播帧。在1815，如果多播帧是耦合到第一网络接口模块的主机设备的多播读取帧，则第一网络接口模块解码多播帧的有效载荷中的读取命令。多播帧的有效载荷可以包括用于多个网络从节点中的其他网络从节点的多个读取命令。
第一网络接口模块从主机设备检索读取数据，并且在1820，当检测到共享网络链路可用于传输时，在共享网络链路上传输包括读取数据的响应帧。可以在作为包括PHY层和MAC层的半双工端口的交换网络的接口上接收多播帧，并且可以使用半双工端口发送响应帧。可以使用耦合到主机设备的第二接口从主机设备获得读取数据。
第一从节点的网络接口模块可以包括连接到未连接到共享网络链路的第二主节点的第三外部接口。网络接口模块可以从第二主节点接收一个或多个其他从节点的命令，并在共享链路可用时使用半双工端口广播该命令。
低复杂性提供了使用在各种技术领域中描述的网络的优势，例如汽车、飞机和铁路应用、工业自动化、楼宇自动化(例如，传感器、电梯的控制等)。其他技术领域包括背板应用(例如，用于多点低压差分信号(M-LVDS)网络的物理层)。
附加说明和方面
第一方面(方面1)包括主题(例如网络接口模块)，包括：第一外部接口，包括用于通信地耦合到交换网络的共享总线的单个半双工端口；用于通信耦合到主机设备的第二外部接口；至少一个帧队列，所述帧队列的大小以存储一个通过所述共享总线接收到的多播读帧；和逻辑电路。逻辑电路被配置为：对用于包括用于所述交换网络的其他网络节点的多个读取命令的所述多播读帧的有效载荷中包括的接口模块的读取命令进行解码；和当检测所述共享总线可用于传输时，在所述共享总线上传输包括读取数据的响应帧。
在方面2，方面1的主题可选地包括：第三外部接口，包括用于将网络主节点通信耦合到所述交换网络的共享总线的专用串行外围接口(SPI)。
在方面3，方面1和2之一或两者的主题可选地包括：所述帧队列的大小以存储一个多播写帧；和逻辑电路，被配置为从所述多播写帧的指定部分提取写数据并将提取的写数据传输到所述主机设备，所述指定部分包括包含用于所述交换网络的其他网络节点的写数据的多个部分。
在方面4，方面1-3的一个或任意组合的主题可选地包括：较高优先级帧队列和较低优先级帧队列，并且所述逻辑电路被配置为当检测到所述共享总线可用于传输时，在传输来自较低优先级队列的帧之前传输来自较高优先级队列的帧。
在方面5，方面1-4的一个或任意组合的主题可选地包括：所述网络接口模块包括在网络从节点中，并且所述多播读帧的有效载荷包括网络从节点和其他网络从节点的多个命令，和所述逻辑电路被配置为当检测到所述共享总线可用于传输时，对寻址到所述网络从节点的命令进行解码并且将所述读取数据传输到所述交换网络的主节点。
在方面6，方面1-5的一个或任意组合的主题可选地包括：所述逻辑电路被配置为当在所述共享总线上传输响应帧时，检测到冲突时将所述响应帧保留在所述至少一个帧队列中。
在方面7，方面1-6的一个或任意组合的主题可选地包括：所述逻辑电路被配置为对包括在帧的有效载荷中的接口模块的读取或写命令进行解码。
在方面8，方面7的主题可选地包括：所述有效载荷包括以其他网络节点为目标的多播读取或写命令。
在方面9，方面1-8的一个或任意组合的主题可选地包括：多种接口类型；和所述逻辑电路被配置为对包括在接收帧的有效载荷中的网络接口模块的多个命令进行解码，并对包括在所述多个命令中的一个命令中的多种接口类型的多个命令进行解码。
在方面10，方面1-9的一个或任意组合的主题可选地包括：所述逻辑电路被配置为发送没有数据的响应帧作为帧接收确认。
方面11可以包括主题(例如交换网络)，或者可以任选地与方面1-10的一个或任意组合来组合以包括该主题，包括第一网络主节点和网络从节点，所述网络从节点包括通过网络接口模块连接到所述网络的主机设备。所述网络接口模块包括：第一外部接口，包括连接到所述交换网络的共享总线的单个半双工端口；连接到主机设备的第二外部接口；至少一个帧队列，所述帧队列的大小以存储一个通过所述共享总线接收到的多播读帧；逻辑电路，被配置为：对用于包括用于所述交换网络的其他网络节点的多个读取命令的所述多播读帧的有效载荷中包括的接口模块的读取命令进行解码；和当检测所述共享总线可用于传输时，在所述共享总线上传输包括读取数据的响应帧。
在方面12，方面11的主题可选地包括：第二网络主节点，通过所述网络接口模块连接到所述交换网络；和所述网络接口模块包括第三外部接口，该第三外部接口包括连接到所述第二网络主节点的专用串行外围接口(SPI)。
在方面13，方面11和12之一或两者的主题可选地包括：所述网络接口模块的逻辑电路被配置为：从接收到的帧中提取用于所述网络从节点的读取命令，该帧包括用于所述交换网络的网络从节点和其他从节点的多个命令的帧有效载荷；和当检测到所述共享总线可用于传输时，解码所述读取命令并将读取数据传输到所述交换网络的第一网络主节点。
在方面14，方面11-13的一个或任意组合的主题可选地包括：所述网络接口模块包括多种接口类型；和逻辑电路，被配置为：从接收到的帧中提取用于所述网络从节点的命令，该帧包括用于所述交换网络的网络从节点和其他从节点的多个命令的帧有效载荷；和对提取的命令中包含的多种接口类型的多个命令进行解码。
在方面15，方面11-14的一个或任意组合的主题可选地包括：作为从节点耦合到所述共享总线的网络接口模块，并且所述第一网络主节点通过中间网络连接耦合到所述共享总线。
方面16包括主题(例如一种控制多点交换网络操作的方法，其中所有网络节点都看到在共享网络链路上传输的所有数据)或者可以任选地与方面1-15的一个或任意组合来组合以包括该主题，包括：由第一网络主节点向耦合到所述共享网络链路的多个网络从节点发送多播读帧；使用耦合到所述共享网络链路的半双工端口将所述多播读帧接收到第一网络从节点的第一网络接口模块的帧队列中；由所述第一网络接口模块对用于包括用于多个网络从节点的其他网络从节点的多个读取命令的所述多播读帧的有效载荷中包括的耦合到第一网络接口模块的主机设备的读命令进行解码；和当检测共享网络链路可用于传输时，在所述共享网络链路上传输包括读取数据的响应帧。
在方面17，方面16的主题可选地包括：在所述第一网络接口模块的第一外部接口上接收多播读帧，其中所述第一外部接口连接到所述共享网络链路；在所述第一网络接口模块的第二外部接口上从连接到所述第一网络接口模块的主机设备接收所述读取数据；在所述第一网络接口模块的第一外部接口上传输所述响应；在所述第一网络接口模块的第三外部接口上从第二网络主节点接收另一个从节点的命令，其中所述第二网络主节点未连接到所述共享网络链路；和当检测所述共享网络链接可用时，在所述第一外部接口上广播所述命令。
在方面18，方面16和17之一或两者的主题可选地包括：使用所述第一网络接口模块的第一外部接口将多播写帧接收到所述第一网络接口模块的帧队列中，其中所述第一外部接口连接到所述共享网络链路；从所述多播写帧的指定部分提取写数据，所述多播写帧包括包含所述多个网络从节点的其他网络从节点的写数据的多个部分；和使用所述第一网络接口模块的第二外部接口将提取的写数据发送到所述主机设备。
在方面19，方面16-18的一个或任意组合的主题可选地包括：将多播命令帧接收到所述第一网络接口模块的帧队列中，其中所述多播命令帧的有效载荷包括靶向所述多个网络从节点的其他网络从节点的多播读或写命令；解码包含在所述有效载荷中的用于所述第一网络接口模块的第一命令；和为所述第一命令中包含的第一网络接口模块的不同接口类型的多个接口解码多个命令。
在方面20，方面16-19的一个或任意组合的主题可选地包括：当检测所述共享网络链路上发生冲突时，将所述响应帧保留在所述第一网络接口模块的帧队列中。
这些非限制性方面可以以任何排列或组合进行组合。以上详细说明包括对附图的参考，这些附图构成了详细说明的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。本文件中提及的所有出版物、专利和专利文件均通过引用整体并入本文，就好像单独通过引用并入一样。如果本文件与以引用方式并入的那些文件之间的用法不一致，则所引用的参考文献中的用法应被视为对本文件的用法的补充；对于不可调和的不一致，以本文档中的用法为准。
在本文件中，术语“一个”或“一”在专利文件中很常见，用于包括一个或多个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文档中，除非另有说明，否则术语“或”用于指代非排他性的或，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的等效词。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，除了在权利要求中的此类术语之后列出的元素之外，还包括其他元素的系统、设备、物品或过程仍然是认为属于该权利要求的范围。此外，在所附权利要求中，“第一”、“第二”、“第三”等术语仅作为标签使用，并非对其对象强加数值要求。在此描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。
以上描述旨在说明性而非限制性。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。可以使用其他实施例，例如本领域普通技术人员在阅读上述描述后。提供摘要以符合37 C.F.R.§1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。提交的理解是它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在上述详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意在未要求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，本发明的主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求特此并入详细说明中，每个权利要求作为单独的实施例独立存在。本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种用于将主机设备耦合到作为网络节点的交换网络的网络接口模块，该网络接口模块包括：
第一外部接口，包括用于通信地耦合到交换网络的共享总线的单个半双工端口；
用于通信耦合到主机设备的第二外部接口；
至少一个帧队列，所述帧队列的大小以存储一个通过所述共享总线接收到的多播读帧；和
逻辑电路，被配置为：
对用于包括用于所述交换网络的其他网络节点的多个读取命令的所述多播读帧的有效载荷中包括的接口模块的读取命令进行解码；和
当检测所述共享总线可用于传输时，在所述共享总线上传输包括读取数据的响应帧。
2.权利要求1所述的网络接口模块，包括第三外部接口，包括用于将网络主节点通信耦合到所述交换网络的共享总线的专用串行外围接口(SPI)。
3.权利要求1所述的网络接口模块，
其中，所述帧队列的大小以存储一个多播写帧；和
其中，所述逻辑电路被配置为从所述多播写帧的指定部分提取写数据并将提取的写数据传输到所述主机设备，所述指定部分包括包含用于所述交换网络的其他网络节点的写数据的多个部分。
4.权利要求1所述的网络接口模块，其中所述至少一个帧队列包括较高优先级帧队列和较低优先级帧队列，其中所述逻辑电路被配置为当检测到所述共享总线可用于传输时，在传输来自较低优先级队列的帧之前传输来自较高优先级队列的帧。
5.权利要求1所述的网络接口模块，
其中所述网络接口模块包括在网络从节点中，并且所述多播读帧的有效载荷包括网络从节点和其他网络从节点的多个命令，和
其中所述逻辑电路被配置为当检测到所述共享总线可用于传输时，对寻址到所述网络从节点的命令进行解码并且将所述读取数据传输到所述交换网络的主节点。
6.权利要求1所述的网络接口模块，其中所述逻辑电路被配置为当在所述共享总线上传输响应帧时，检测到冲突时将所述响应帧保留在所述至少一个帧队列中。
7.权利要求1所述的网络接口模块，其中所述逻辑电路被配置为对包括在帧的有效载荷中的接口模块的读取或写命令进行解码。
8.权利要求7所述的网络接口模块，其中所述有效载荷包括以其他网络节点为目标的多播读取或写命令。
9.权利要求1所述的网络接口模块，包括：
多种接口类型；和
其中，所述逻辑电路被配置为对包括在接收帧的有效载荷中的网络接口模块的多个命令进行解码，并对包括在所述多个命令中的一个命令中的多种接口类型的多个命令进行解码。
10.权利要求1所述的网络接口模块，其中所述逻辑电路被配置为发送没有数据的响应帧作为帧接收确认。
11.交换网络，包括：
第一网络主节点；和
网络从节点，其中所述网络从节点包括通过网络接口模块连接到所述网络的主机设备，所述网络接口模块包括：
第一外部接口，包括连接到所述交换网络的共享总线的单个半双工端口；
连接到主机设备的第二外部接口；
至少一个帧队列，所述帧队列的大小以存储一个通过所述共享总线接收到的多播读帧；和
逻辑电路，被配置为:
对用于包括用于所述交换网络的其他网络节点的多个读取命令的所述多播读帧的有效载荷中包括的接口模块的读取命令进行解码；和
当检测所述共享总线可用于传输时，在所述共享总线上传输包括读取数据的响应帧。
12.权利要求11所述的交换网络，包括：
第二网络主节点，通过所述网络接口模块连接到所述交换网络；和
其中，所述网络接口模块包括第三外部接口，该第三外部接口包括连接到所述第二网络主节点的专用串行外围接口(SPI)。
13.权利要求11所述的交换网络，其中所述网络接口模块的逻辑电路被配置为：
从接收到的帧中提取用于所述网络从节点的读取命令，该帧包括用于所述交换网络的网络从节点和其他从节点的多个命令的帧有效载荷；和
当检测到所述共享总线可用于传输时，解码所述读取命令并将读取数据传输到所述交换网络的第一网络主节点。
14.权利要求11所述的交换网络，
其中所述网络接口模块包括多种接口类型；和
其中所述逻辑电路被配置为：
从接收到的帧中提取用于所述网络从节点的命令，该帧包括用于所述交换网络的网络从节点和其他从节点的多个命令的帧有效载荷；和
对提取的命令中包含的多种接口类型的多个命令进行解码。
15.权利要求11所述的交换网络，包括作为从节点耦合到所述共享总线的网络接口模块，并且其中所述第一网络主节点通过中间网络连接耦合到所述共享总线。
16.一种控制多点交换网络操作的方法，其中所有网络节点都看到在共享网络链路上传输的所有数据，该方法包括：
由第一网络主节点向耦合到所述共享网络链路的多个网络从节点发送多播读帧；
使用耦合到所述共享网络链路的半双工端口将所述多播读帧接收到第一网络从节点的第一网络接口模块的帧队列中；
由所述第一网络接口模块对用于包括用于多个网络从节点的其他网络从节点的多个读取命令的所述多播读帧的有效载荷中包括的耦合到第一网络接口模块的主机设备的读命令进行解码；和
当检测共享网络链路可用于传输时，在所述共享网络链路上传输包括读取数据的响应帧。
17.权利要求16所述的方法，包括：
在所述第一网络接口模块的第一外部接口上接收多播读帧，其中所述第一外部接口连接到所述共享网络链路；
在所述第一网络接口模块的第二外部接口上从连接到所述第一网络接口模块的主机设备接收所述读取数据；
在所述第一网络接口模块的第一外部接口上传输所述响应；
在所述第一网络接口模块的第三外部接口上从第二网络主节点接收另一个从节点的命令，其中所述第二网络主节点未连接到所述共享网络链路；和
当检测所述共享网络链接可用时，在所述第一外部接口上广播所述命令。
18.权利要求16所述的方法，包括：
使用所述第一网络接口模块的第一外部接口将多播写帧接收到所述第一网络接口模块的帧队列中，其中所述第一外部接口连接到所述共享网络链路；
从所述多播写帧的指定部分提取写数据，所述多播写帧包括包含所述多个网络从节点的其他网络从节点的写数据的多个部分；和
使用所述第一网络接口模块的第二外部接口将提取的写数据发送到所述主机设备。
19.权利要求16所述的方法，包括：
将多播命令帧接收到所述第一网络接口模块的帧队列中，其中所述多播命令帧的有效载荷包括靶向所述多个网络从节点的其他网络从节点的多播读或写命令；
解码包含在所述有效载荷中的用于所述第一网络接口模块的第一命令；和
为所述第一命令中包含的第一网络接口模块的不同接口类型的多个接口解码多个命令。
20.权利要求16所述的方法，包括当检测所述共享网络链路上发生冲突时，将所述响应帧保留在所述第一网络接口模块的帧队列中。
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