CN114500390A - RapidIO网络流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的RapidIO网络流量控制方法，属于RapidIO技术领域。该技术方案采用流量控制锁实现对RapidIO网络中多源并发复合流量的控制，访问同一目标的多源端节点通过对流量控制锁的锁定‑释放，从而实现对多源并发访问的系统级流量控制。本发明通过设计专门的流量控制装置，即流量控制锁，利用现有RapidIO协议，提供可靠的资源锁定功能和锁定超时的恢复机制，可以有效防止对流量控制锁的误操作以及流量资源的死锁。该方法采用端到端的流量控制机制，不受RapidIO网络拓扑的限制，可有效避免RapidIO网络中的短时拥塞。

Description

RapidIO网络流量控制方法

技术领域

本发明属于RapidIO技术领域，尤其涉及一种RapidIO网络流量控制方法。

背景技术

RapidIO是一种基于包交换的高速通信网络，在嵌入式计算机系统中有广泛应用。复杂嵌入式计算机系统的RapidIO网络中来自多个源、但发往同一个目标的复合流量，尤其是大流量的写事务，会造成RapidIO网络的短时(数百毫秒)拥塞。在周期性嵌入式应用中，这种拥塞会持续发生并向发送端反压流量，进而造成发送端拥塞，这种拥塞的连锁反应直接造成RapidIO网络的性能坍塌，严重时会导致嵌入式计算机系统的崩溃。

RapidIO网络规范提供了链路级流量控制和系统级流量控制。RapidIO在链路级定义了三种流量控制机制：重传、减速以及基于信用的流量控制，但只能应对两个相邻器件之间的瞬时(数百纳秒)拥塞。RapidIO系统级流量控制则通过交换机或端节点产生的特殊拥塞控制包(包含一对XON/XOFF指令)来缓解或修复系统的拥塞，而无法规避系统拥塞的发生，如果控制不当，大量的XON/XOFF拥塞控制包反而会加重系统的拥塞程度。

RapidIO网络流量控制或拥塞修复的问题，也有人提出相应的解决方案。其中一种方案是通过对RapidIO的控制符和拥塞控制包的保留字段进行扩展，实现链路速率、工作模式和流控机制的补充完善，该方案需要更改RapidIO的规范，实现难度较大、通用性较差，且无法应对多源并发访问带来的拥塞问题。另一种方案则是在发生拥塞直至通信中断后，发送复位控制符复位对端设备，以期重新恢复通信，属于事后的修复措施。

综上所述，针对RapidIO网络中并发访问的系统级流量控制的问题，尚缺少有效的解决方案。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Rapi d IO网络流量控制方法，解决现有的方法在数据交互过程中存在RapidIO网络中短时拥塞的情况出现，致使RapidIO网络各个端节点数据交互效率低的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：

提供一种RapidIO网络流量控制方法，适用于RapidIO网络中各个端节点之间的数据交互，所述RapidIO网络中若干端节点

能够并发的访问共享资源端节点B，所述方法包括：

在每个所述端节点发起访问所述共享资源端节点B前的预设时间内，获取所述共享资源端节点B的流量控制锁，并解析读取所述流量控制锁中所存储的有效载荷；

判断，当前的端节点A_i解析读取的所述有效载荷是否与当前的端节点A_i在RapidIO网络的ID号相同，如否，当前的端节点A_i获得访问控制权，开始访问所述共享资源端节点B，如否，判断所述有效载荷是否处于非使用状态，如是，当前端节点A_i锁定流量控制锁后，再开始访问所述共享资源端节点B，如否，端节点A_i等待，并按第一预设周期t₁读取所述共享资源端节点B的流量控制锁；

当前的端节点A_i完成对所述共享资源端节点B的访问后，释放所述流量控制锁。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

本案所提供方法，通过端节点A_i据在访问共享资源端节点B前，获取流量控制锁的数据，并进行判断，如，前的端节点A_i解析读取的所述有效载荷是否与当前的端节点A_i在RapidIO网络的ID号相同，如是，当前的端节点A_i获得访问控制权，开始访问所述共享资源端节点B，如否，判断所述有效载荷是否处于非使用状态，如是，当前端节点A_i锁定流量控制锁后，再开始访问所述共享资源端节点B，如否，端节点A_i等待，并按第一预设周期t₁读取所述共享资源端节点B的流量控制锁，当前的端节点A_i完成对所述共享资源端节点B的访问后，释放所述流量控制锁。在不改变RapidIO协议结构的基础上，采用端到端的流量控制机制且基于流量控制锁的方式，实现多源并发访问的系统级流量控制，从而避免RapidIO网络中短时(数百毫秒)拥塞的发生，提高RapidIO网络的通讯稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的RapidIO网络系统组成图；

图2为本发明实施例的RapidIO网络流量控制方法的流程图；

图3为本发明实施例的RapidIO网络流量控制装置的组成图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所述的RapidIO网络流量控制方法，适用于RapidIO网络中各个端节点之间的数据交互，每个端节点为一个客户端，RapidIO网络中若干端节点A_i(i∈[1，n])能够并发的访问共享资源的端节点B，每个客户端在分配RapidIO网络ID号，在缺乏流量控制机制的RapidIO系统，复合流量∑a_i将导致交换机和端节点B之间的网络发生短时的网络拥塞。端节点A_i可以是包含RapidIO端口的CPU、DSP或者FPGA器件，共享资源端节点B为FPGA器件，RapidIO网络系统的通信速率为5Gbps，各端节点都以4x的方式与交换机连接，通过交换机与共享资源端节点B数据交互。RapidIO网络系统为16位ID地址模式，RapidIO网络分配各个端节点ID号，即SRIO_ID_A_i为16bit数据。端节点A_i的一次需求流量的最大值为1MB，端节点B的网络带宽约为14Gbps，所述方法包括：

在每个端节点发起访问共享资源端节点B前的预设时间内，预设时间是人为设定，可采用微秒或毫秒级或其他。获取共享资源端节点B的流量控制锁，流量控制锁内存储有有效载荷payload，端节点解析读取流量控制锁中所存储的有效载荷，并进行判断，对各个情况分别进行处理，从而避免RapidIO网络在数据交互时发生堵塞的情况出现，具体的：

如图2所示，判断，当前的端节点A_i解析读取的有效载荷是否与当前的端节点A_i在RapidIO网络的ID号相同，如是，当前的端节点A_i获得访问控制权，开始访问共享资源端节点B，可理解为实先预约且预约成功，可直接访问端节点B，如，采用RapidIO的NREAD事务读共享资源端节点B的流量控制锁，NREAD的读取负载数据长度为2字节，读取的数据为payload，payload的数据宽度为16位。如否，判断有效载荷是否处于非使用状态，即为，当前没有客户端使用这个权限，表示为空(RapidIO网络分配ID号没有被端节点所使用)，如是，当前端节点A_i锁定流量控制锁后(分配后再进行访问)，再开始访问共享资源端节点B，如否，端节点A_i等待(RapidIO网络正在使用这个ID号)，并按第一预设周期t₁读取共享资源端节点B的流量控制锁(下个周期重新读取)，表示当前周期处于使用中，在释放流量控制锁的下个周期再次访问；

当前的端节点A_i完成对共享资源端节点B的访问后，释放流量控制锁，以便于下个周期在RapidIO网络中再次使用或重新分配。

作为本案所提供的具体实施方式，释放流量控制锁的方法包括：

判断，当前端节点A_i超过第二预设周期t₂，且，未释放流量控制锁或继续进行共享资源的端节点B的访问，则共享资源端节点B丢弃端节点A_i的数据包。例如，出现网络超时，或是端节点对应的设备损坏或网络故障，当前所使用的RapidIO网络分配ID号被持续占用，共享资源端节点B丢弃端节点A_i的数据包，不在使用出现故障的ID号。

作为本案所提供的具体实施方式，锁定流量控制锁的方法包括：

端节点A_i采用NWRlTE的方式访问流量控制锁，写入数据payload＝SRIO_ID_A_i，判断，写入后流量控制锁的数据如为data＝SRIO_ID_A_i，端节点A_i锁定流量使用权，和/或，

释放流量控制锁的方法包括：端节点A_i采用NWRITE的方式访问流量控制锁，写入数据

payload＝SRIO_ID_A_i，写入后流量控制锁的数据为空或处于非使用状态，端节点Ai释放流量使用权，此时，其他的端节点无法获取端节点B的流量控制权，如，端节点Ai节点已占有端节点B的流量控制权，其他端节点节点不能获取B的流量控制权，因为，流量控制锁的内容是Ai的ID号，其他端节点读流量控制锁的内容会发现端节点B已被其他节点占有，从而进去等待，可通过标识的方法实现，对已发生访问端节点Ai的ID号进行标记，存在在流量控制锁内，其他端节点Ai与端节点B交互时通过读取以标记ID号即可，和/或，

共享资源端节点B接收端节点A_i的访问时，判断端节点A_i的RapidIO网络的ID号是否与流量控制锁中的有效载荷相等，如否，接收端节点A_i的访问请求，如否，丢弃端节点A_i的数据包。

上述的方案中，如图3所示，使用流量控制锁，流量控制锁为RapidIO网络流量控制装置，并部署在共享资源端节点B中，端节点A_i通过对流量控制锁的锁定-释放，实现对共享资源的互斥访问；

流量控制锁由读写单元、存储单元和计时器三个部分组成，其中，计时器向存储单元输出超时中断timeout，读写单元与存储单元间通过databus[0∶16]总线以及读写使能信号Wen/Ren通讯连接，用于访问存储单元中的数据data。

流量控制锁对外提供的接口包括：payload[0∶15]，RapidIO的NREAD或NWRITE包的数据负载；SRIOWen/Ren，RapidIO的读写请求信号；Req_ID[0∶15]，读写请求的RapidIO网络ID号，从RapidIO控制器的传输层字段获取；timer2[0∶23]，计时器的超时阀值，计时器计时精度为10ns，设置超时阀值为t₂＝1ms，也可与上述的第二预设周期相同，能够支持端节点获取流量控制权后一次可持续发送1MB的数据，满足传输需求。

进一步的，8位地址的RapidIO网络系统中n≤255，或，16位地址的RapidIO网络系统中n≤65535，SRIO_ID_A_i为RapidIO网络ID号，存储单元能存储数据data，OxFFFF为有效载荷是否处于非使用状态，在读写单元在接收RapidIO的读写请求时，对存储单元进行读写，其中：

在存储单元中的data＝0xFFFF时，且，仅当写入请求的SRIO_ID_A_i与payload相同时，执行写入操作data＝SRIO_ID_A_i；

在存储单元中data≠0xFFFF时，且，仅当写入请求的SRIO-ID_A_i、payload和data均相等时，执行写入操作data＝0xFFFF，读写单元总能执行读取操作，并从RapidIO的传输层获取写入请求的SRIO_ID-A_i。

作为本案所提供的具体实施方式，存储单元为16位data数据的存储空间，存储流量控制锁的数据：

存储单元响应计时器的超时中断timeout，当接收到的超时中断持续100ns后(计时节拍为10ns，持续10个节拍采样到超时中断)，存储单元复位到初始值dala＝0xFFFF。

作为本案所提供的具体实施方式，计时器可配置的计时功能，用于设置流量控制锁的锁定时间阈值和计时精度，锁定时间阈值为第二预设周期t₂，其中：

当计时器时间t≥t₂时，产生超时中断timeout，计时器时间t归零，并重新开始计时，如，计时精度设计为10ns，由外部100MHz晶振提供时钟驱动，且当计时器时间t≥t₂时，产生超时中断timeout，超时中断持续时间为150ns，计时器时间t归零，并重新开始计时。

进一步的，端节点A_i对流量控制锁的查询周期t₁应大于流量控制锁的锁定超时阈值t₂，且锁定超时阀值

其中：Flow为RapidIO网络中端节点A_i需要的流量需求的最大值，单位为字节。BW为RapidIO网络中端节点B的通信带宽，单位为字节每秒。目的是：采用锁定超时的恢复机制，防止流量资源的死锁。

同时，端节点A_i对端节点B中流量控制锁的访问，可以在本技术方案之上设置基于优先级的机制，即高优先级的端节点可以释放低优先级端节点已锁定的流量使用权。在时间同步的分布式实时计算系统中，也可以修改为基于时间片的技术方案，即流量控制锁的锁定-释放只依赖于计时器的时间中断，各端节点在相应的时间片获取流量权限。

一般地，在使用本方案的RapidIO流量控制方法及装置时，端节点A_i在获取流量控制权后持续访问端节点B的时间不能超过定时器的锁定超时时间，否则端节点B发现非授权的流量访问时将丢弃来自端节点A_i的数据包。

本发明提供一种RapidIO网络流量控制方法及装置。该技术方案采用流量控制锁实现对RapidIO网络中多源并发复合流量的控制，访问同一目标的多源端节点通过对流量控制锁的锁定-释放，从而实现对多源并发访问的系统级流量控制。本发明通过设计专门的流量控制装置，即流量控制锁，利用现有RapidIO协议，提供可靠的资源锁定功能和锁定超时的恢复机制，可以有效防止对流量控制锁的误操作以及流量资源的死锁。该方法采用端到端的流量控制机制，不受RapidIO网络拓扑的限制，可有效避免RapidIO网络中的短时拥塞。

以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种RapidlO网络流量控制方法，适用于RapidlO网络中各个端节点之间的数据交互，其特征在于，所述RapidlO网络中若干端节点A_i(i∈[1，n])能够并发的访问共享资源端节点B，所述方法包括：

在每个所述端节点发起访问所述共享资源端节点B前的预设时间内，获取所述共享资源端节点B的流量控制锁，并解析读取所述流量控制锁中所存储的有效载荷；

判断，当前的端节点A_i解析读取的所述有效载荷是否与当前的端节点A_i在RapidlO网络的ID号相同，如是，当前的端节点A_i获得访问控制权，开始访问所述共享资源端节点B，如否，判断所述有效载荷是否处于非使用状态，如是，当前端节点A_i锁定流量控制锁后，再开始访问所述共享资源端节点B，如否，端节点A_i等待，并按第一预设周期t₁读取所述共享资源端节点B的流量控制锁；

当前的端节点A_i完成对所述共享资源端节点B的访问后，释放所述流量控制锁。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，释放所述流量控制锁的方法包括：

判断，当前端节点A_i超过第二预设周期t₂，且，未释放所述流量控制锁或继续进行所述共享资源端节点B的访问，则所述共享资源端节点B丢弃端节点A_i的数据包。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锁定流量控制锁的方法包括：

端节点A_i采用NWRITE的方式访问所述流量控制锁，写入数据

payload＝SRIO_ID_A_i，写入后流量控制锁的数据data＝SRIO_ID_A_i，端节点A_i锁定流量使用权，且其他端节点无法获取端节点B的流量控制权。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述释放流量控制锁的方法包括：端节点A_i采用NWRITE的方式访问流量控制锁，写入数据

payload＝SRIO_ID_A_i，写入后流量控制锁的数据为空或处于非使用状态，端节点Ai释放流量使用权，和/或，所述共享资源端节点B接收端节点A_i的访问时，判断端节点A_i的RapidlO网络的ID号是否与所述流量控制锁中的有效载荷相等，如否，接收端节点A_i的访问请求，如否，丢弃端节点A_i的数据包。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量控制锁为RapidlO网络流量控制装置，并部署在所述共享资源端节点B中，端节点A_i通过对流量控制锁的锁定-释放，实现对共享资源的互斥访问；

所述流量控制锁由读写单元、存储单元和计时器三个部分组成，其中，所述计时器向存储单元输出超时中断timeout，所述读写单元与存储单元间通过databus[0：16]总线以及读写使能信号Wen/Ren通讯连接，用于访问所述存储单元中的数据data。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，8位地址的RapidlO网络系统中n≤255，或，16位地址的RapidlO网络系统中n≤65535，SRIO_ID_A_i为RapidIO网络ID号，所述存储单元能存储数据data，OxFFFF为所述有效载荷是否处于非使用状态，payload为有效载荷，在所述读写单元在接收RapidlO的读写请求时，对所述存储单元进行读写，其中：

在所述存储单元中的data＝0xFFFF时，且，仅当写入请求的SRIO_ID_A_i与payload相同时，执行写入操作data＝SRIO_ID_A_i；

在所述存储单元中data≠0xFFFF时，且，仅当写入请求的SRIO_ID_A_i、payload和data均相等时，执行写入操作data＝OxFFFF，所述读写单元总能执行读取操作，并从RapidlO的传输层获取写入请求的SRIO_ID_A_i。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述存储单元为16位data数据的存储空间，存储所述流量控制锁的数据；

所述储存单元的复位初始值data＝0xFFFF，且，所述存储单元响应计时器的超时中断timeout，当接收到超时中断后，存储单元复位到初始值data＝0xFFFF。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计时器可配置的计时功能，用于设置所述流量控制锁的锁定时间阈值和计时精度，所述锁定时间阈值为所述第二预设周期t₂，其中：

当计时器时间t≥t₂时，产生超时中断timeout，计时器时间t归零，并重新开始计时。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述端节点A_i对流量控制锁的查询周期t₁应大于流量控制锁的锁定超时阈值t₂，且锁定超时阀值

其中：Flow为RapidlO网络中端节点A_i需要的流量需求的最大值，单位为字节。BW为RapidlO网络中端节点B的通信带宽，单位为字节每秒。

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