CN115297187B - 一种网络通讯协议与总线协议的转换装置及集群系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种网络通讯协议与总线协议的转换装置及集群系统，该装置包括：总线转换模块，用于当接收到本地的访问请求信息时，基于全局地址映射关系表获得与该信息中的全局地址相对应的网络通讯地址，通过以太网控制模块向远程设备芯片的以太网控制模块发送远程访问报文；以太网控制模块，用于将远程访问报文发送至总线转换模块；总线转换模块，还用于基于总线地址映射关系表获得与远程访问报文中的全局地址相对应的本地总线地址，并对与本地总线地址相对应的硬件发送读/写请求指令，通过以太网控制模块向源设备芯片反馈读/写结果。本发明能够在无需CPU参与的情况下，实现集群系统中各个设备芯片之间的远程网络通讯任务及控制任务。
Description
技术领域
本发明涉及网络通讯技术领域，尤其是涉及一种网络通讯协议与总线协议的转换装置及集群系统。
背景技术
在无人集群系统中，为了实现系统中的各个设备之间的协同工作，需要各个设备芯片之间进行远程网络通讯及控制。在现有技术中，为了实现无人集群系统中的各个设备芯片之间进行远程网络通讯任务及控制任务，在本地设备芯片接收到远程设备芯片的网络通讯消息时，通常需要利用本地设备芯片中的CPU所配置的操作系统和应用程序，才能将该网络通讯消息转换为对本地总线上除CPU外的各个芯片硬件的控制指令，因此现有技术仅能通过CPU根据接收到的远程网络通讯信息对本地芯片中除CPU外的各个芯片硬件进行控制，而无法实现本地设备芯片中除CPU外的各个芯片硬件与远程设备芯片中除CPU外的各个芯片硬件之间直接进行远程网络通讯及控制，从而导致在各个设备芯片进行远程网络通讯及控制的过程中，CPU的处理负载较大，进而影响远程网络通讯及控制的效率。
发明内容
本发明提供一种网络通讯协议与总线协议的转换装置及集群系统，以解决现有技术仅能够通过CPU完成集群系统中各个设备芯片之间的远程网络通讯任务及控制任务，从而导致集群系统中各个设备芯片的CPU的处理负载较大，进而影响远程网络通讯及控制的效率的问题，本发明提供的转换装置能够接收本地设备芯片内各个芯片硬件发送的针对集群系统内任意一个远程设备芯片的远程访问请求，并能够将该远程访问请求发送至该远程设备芯片的转换装置，通过远程设备芯片内的转换装置，能够根据接收的远程访问请求直接对远程设备芯片内的芯片硬件发送读/写请求指令，然后再将读/写结果反馈至发起远程访问请求的设备芯片，从而能够在无需设备芯片的CPU参与的情况下，实现集群系统中各个设备芯片之间的远程网络通讯任务及控制任务，显著减轻各个设备芯片的CPU的处理负载，进而能够提高远程网络通讯及控制的效率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供一种网络通讯协议与总线协议的转换装置，包括总线转换模块和以太网控制模块；
所述总线转换模块用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，基于预设的全局地址映射关系表，获得与所述访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址；根据所述访问请求信息生成所述访问帧，根据所述网络通讯地址将所述访问帧封装为远程访问报文，并通过本地的以太网控制模块，向所述任意一个远程设备芯片的以太网控制模块发送所述远程访问报文；
所述以太网控制模块用于当接收到任意一个远程设备芯片发送的所述远程访问报文时，将所述远程访问报文发送至本地的总线转换模块；
所述总线转换模块还用于基于预设的总线地址映射关系表，获得与所述远程访问报文所包含的全局地址信息相对应的本地总线地址；根据所述远程访问报文所包含的访问请求信息，对与所述本地总线地址相对应的芯片硬件发送读/写请求指令，根据所述访问请求信息和所述芯片硬件反馈的读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块将所述访问反馈报文反馈至所述任意一个远程设备芯片；
其中，所述本地设备芯片和所述远程设备芯片均包括若干个所述芯片硬件；
所述本地设备芯片、所述远程设备芯片和所述芯片硬件均被预先映射至预设的集群系统全局地址空间。
作为优选方案，所述总线转换模块包括总线接口单元、全局地址映射单元、远程访问处理单元、总线地址映射单元和报文处理单元；
所述总线接口单元用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，将所述访问请求信息发送至所述全局地址映射单元，并通过所述远程访问处理单元将所述访问请求信息发送至所述报文处理单元；
所述全局地址映射单元用于基于所述全局地址映射关系表，获得与所述访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址，并将所述网络通讯地址发送至所述报文处理单元；
所述报文处理单元用于根据所述访问请求信息生成所述访问帧，根据所述网络通讯地址将所述访问帧封装为远程访问报文，并通过本地设备芯片的以太网控制模块发送至所述任意一个远程设备芯片的以太网控制模块；当接收到本地的以太网控制模块发送的远程访问报文时，对所述远程访问报文进行解析，获得所述远程访问报文中的全局地址信息和访问请求信息，并将所述全局地址信息发送至所述总线地址映射单元，将所述访问请求信息发送至所述远程访问处理单元；
所述总线地址映射单元用于基于所述总线地址映射关系表，获得与所述全局地址信息相对应的本地总线地址，并将所述本地总线地址发送至所述远程访问处理单元；
所述远程访问处理单元用于根据所述访问请求信息，通过所述总线接口单元对与所述本地总线地址相对应的芯片硬件发送读/写请求指令；当接收到所述芯片硬件反馈的读/写结果时，通过所述报文处理单元根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块将所述访问反馈报文反馈至与所述远程访问报文相对应的远程设备芯片。
作为优选方案，所述总线转换模块还包括请求仲裁单元和寄存器组；
所述总线接口单元还用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，将所述访问请求信息写入发起所述访问请求信息的芯片硬件的预设的请求通道；
所述请求仲裁单元用于分别为若干个所述请求通道分配远程访问时间，并对若干个所述请求通道进行排序，生成排序队列；采用轮转法，在所述排序队列中逐一选取请求通道，并将选取的请求通道中的访问请求信息发送至所述全局地址映射单元；
所述寄存器组用于存储预设配置参数与访问状态信息。
作为优选方案，所述以太网控制模块包括协议栈、以太网TX单元和以太网RX单元；
所述协议栈用于接收所述报文处理单元发送的所述远程访问报文，并根据与所述访问请求信息相对应的网络通讯地址，通过所述以太网TX单元将所述远程访问报文发送至与所述网络通讯地址相对应的远程设备芯片的以太网控制模块；
所述以太网RX单元用于接收任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文，并对所述远程访问报文进行CRC校验，将满足预设的CRC校验要求的远程访问报文发送至所述协议栈；
所述协议栈还用于对满足所述CRC校验要求的远程访问报文进行校验，并将满足预设的校验要求的远程访问报文发送至本地的报文处理单元。
作为优选方案，所述以太网控制模块还包括协议转换单元；
所述以太网TX单元用于按照GMII协议，将所述远程访问报文发送至所述协议转换单元；
所述协议转换单元用于将所述远程访问报文的所述GMII协议转换为匹配于以太网PHY芯片的接口协议，并按照所述接口协议，将所述远程访问报文发送至所述以太网PHY芯片，以通过所述以太网PHY芯片将所述远程访问报文发送至与所述网络通讯地址相对应的远程设备芯片的以太网控制模块；
所述协议转换单元还用于通过所述以太网PHY芯片接收任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文，将所述任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文的接口协议转换为所述GMII协议，并按照所述GMII协议，将所述任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文发送至本地的以太网RX单元。
作为优选方案，所述远程访问处理单元用于通过所述报文处理单元根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块将所述访问反馈报文反馈至与所述远程访问报文相对应的远程设备芯片，具体包括：
所述远程访问处理单元用于通过所述报文处理单元根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，根据所述访问请求信息所包含的发送地址信息将所述回馈帧封装为访问反馈报文，并发送至本地的以太网控制模块；
所述以太网控制模块用于将所述访问反馈报文发送至与所述发送地址信息相对应的远程设备芯片的以太网控制模块。
作为优选方案，所述以太网控制模块还用于当接收到任意一个远程设备芯片发送的访问反馈报文时，将所述访问反馈报文发送至本地的报文处理单元；
所述报文处理单元还用于对所述访问反馈报文进行解析，获得所述回馈帧，并判断所述回馈帧中的内容是否异常；若是，则将访问异常信号发送至所述远程访问处理单元；若否，则将所述读/写结果和访问完成信号发送至所述远程访问处理单元；
所述远程访问处理单元还用于当接收到所述访问异常信号时，根据所述访问异常信号获取异常原因，并通过所述总线接口单元将所述异常原因和异常标志写入配置于发起当前访问请求的芯片硬件的寄存器；当接收到所述访问完成信号时，通过所述总线接口单元将完成标志和所述读/写结果写入配置于发起当前访问请求的芯片硬件的寄存器。
作为优选方案，所述本地设备芯片和所述远程设备芯片均被预先静态映射至所述集群系统全局地址空间；
所述芯片硬件被预先动态映射至所属设备芯片的全局地址空间。
作为优选方案，所述协议栈还用于对满足所述CRC校验要求的远程访问报文进行类型识别，当识别到满足所述CRC校验要求的远程访问报文为ARP报文或者ICMP报文时，对所述ARP报文或者所述ICMP报文进行应答。
本发明实施例第二方面提供一种集群系统，所述集群系统包括若干个设备，每个设备均配置有设备芯片，所述设备芯片包括若干个芯片硬件和如第一方面任一项所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，本发明实施例提供的转换装置能够接收本地设备芯片内各个芯片硬件发送的针对集群系统内任意一个远程设备芯片的远程访问请求，并能够将该远程访问请求发送至该远程设备芯片的转换装置，通过远程设备芯片内的转换装置，能够根据接收的远程访问请求直接对远程设备芯片内的芯片硬件发送读/写请求指令，然后再将读/写结果反馈至发起远程访问请求的设备芯片，从而能够在无需设备芯片的CPU参与的情况下，实现集群系统中各个设备芯片之间的远程网络通讯任务及控制任务，显著减轻各个设备芯片的CPU的处理负载，进而能够提高远程网络通讯及控制的效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的网络通讯协议与总线协议的转换装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的访问帧的帧结构示意图；
图3是本发明实施例提供的回馈帧的帧结构示意图；
图4是本发明实施例提供的集群系统中设备芯片之间基于网络通讯协议与总线协议的转换装置的远程控制示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。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。
参见图1，本发明实施例第一方面提供一种网络通讯协议与总线协议的转换装置，包括总线转换模块1和以太网控制模块2；
所述总线转换模块1用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，基于预设的全局地址映射关系表，获得与所述访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址；根据所述访问请求信息生成所述访问帧，根据所述网络通讯地址将所述访问帧封装为远程访问报文，并通过本地的以太网控制模块2，向所述任意一个远程设备芯片的以太网控制模块2发送所述远程访问报文；
所述以太网控制模块2用于当接收到任意一个远程设备芯片发送的所述远程访问报文时，将所述远程访问报文发送至本地的总线转换模块1；
所述总线转换模块1还用于基于预设的总线地址映射关系表，获得与所述远程访问报文所包含的全局地址信息相对应的本地总线地址；根据所述远程访问报文所包含的访问请求信息，对与所述本地总线地址相对应的芯片硬件发送读/写请求指令，根据所述访问请求信息和所述芯片硬件反馈的读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块2将所述访问反馈报文反馈至所述任意一个远程设备芯片；
其中，所述本地设备芯片和所述远程设备芯片均包括若干个所述芯片硬件；
所述本地设备芯片、所述远程设备芯片和所述芯片硬件均被预先映射至预设的集群系统全局地址空间。
值得说明的是，一个集群系统中包括若干个配置有设备芯片的设备，在本实施例中，本地设备芯片和远程设备芯片是相对而言的，可以理解的是，本地设备所配置的设备芯片即为本地设备芯片，而同一集群系统中其余设备所配置的设备芯片即为远程设备芯片。
具体地，本地设备芯片中的CPU和除CPU之外的其余芯片硬件都能够向任意一个远程设备芯片中的CPU和除CPU之外的其余芯片硬件发起访问请求。值得说明的是，由于每个以太网控制模块2都配置有独有的网络通讯地址，例如IP地址和MAC地址，且全局地址映射关系表中预先存储了集群系统全局地址空间中的每个全局地址以及其所对应的网络通讯地址，因此在本实施例中，总线转换模块1能够基于全局地址映射关系表，获得与访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址。
具体地，由于每个芯片硬件均遵循总线协议，故每个芯片硬件具有对应的本地总线地址，进一步地，每个芯片硬件被预先映射至预设的集群系统全局地址空间，且总线地址映射关系表中预先存储了集群系统全局地址空间中的每个全局地址及其所对应的本地总线地址，因此在本实施例中，总线转换模块1能够基于本地总线地址，获得与远程访问报文所包含的全局地址信息相对应的本地总线地址。
值得说明的是，本实施例采用访问帧和回馈帧的形式以提升集群系统内远程网络通讯的可靠性。当远程设备芯片响应读请求进行读操作时，该目标节点通过回馈帧的方式返回读出的数据；当远程设备芯片响应写请求进行写操作时，该目标节点通过回馈帧的方式向源节点报告写操作完成状态；当远程设备芯片在响应请求的过程中发生异常时，该目标节点通过回馈帧的方式向源节点报告异常原因。
作为其中一种可选的实施例，访问帧是远程访问UDP报文中的数据部分，包括安全验证码、全局地址、访问序号、数据等部分，具体组成如图2所示。其中，安全验证码用于传送安全算法计算出的密钥，在命令接收端根据安全算法对收到的密钥进行验证，验证不正确，则丢弃命令。全局地址使用64位表示，验证板总线地址可设为40位或48位，为可扩展性协议设计以64位地址传递。序号设计的目的是对回馈帧进行验证，访问帧与回馈帧的序号应当相同，每发送一个访问帧，总线转换模块1将自动将序号加1。数据部分的长度为4B或8B，该参数应在全局进行统一，对应总线转换模块1一次总线读/写的数据位宽，在写访问时，该段为待写入全局总线的数据，读指令则不需要携带数据。
回馈帧包括安全验证码、读写状态、访问序号、数据等部分，其安全验证码、访问序号的作用与访问帧中的安全验证码、访问序号的作用相同，在此不再赘述，回馈帧的具体组成如图3所示。其中，读写状态字共16位，位15是访问执行结果，为0表示执行正确，为1表示访问执行出现了错误；位7是命令执行超时标志，为1表示命令执行中出现了AXI总线访问超时；位6是地址映射转换错误，为1表示试图访问目标节点未映射地址范围；位5是全局地址访问错误，为1表示该全局地址不属于目标节点的地址范围；位4是访问权限异常，为1表示此次对该全局地址的访问不符合权限要求；位3-0后续用来扩展执行的错误原因，如果没有错误应当为0。数据部分在读访问时，为全局总线读到的数据，写访问的回馈帧与读写异常回馈帧也不需要携带数据。
本发明实施例提供的一种网络通讯协议与总线协议的转换装置，能够接收本地设备芯片内各个芯片硬件发送的针对集群系统内任意一个远程设备芯片的远程访问请求，并能够将该远程访问请求发送至该远程设备芯片的转换装置，通过远程设备芯片内的转换装置，能够根据接收的远程访问请求直接对远程设备芯片内的芯片硬件发送读/写请求指令，然后再将读/写结果反馈至发起远程访问请求的设备芯片，从而能够在无需设备芯片的CPU参与的情况下，实现集群系统中各个设备芯片之间的远程网络通讯任务及控制任务，显著减轻各个设备芯片的CPU的处理负载，进而能够提高远程网络通讯及控制的效率。
作为优选方案，所述总线转换模块1包括总线接口单元101、全局地址映射单元102、远程访问处理单元103、总线地址映射单元105和报文处理单元104；
所述总线接口单元101用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，将所述访问请求信息发送至所述全局地址映射单元102，并通过所述远程访问处理单元103将所述访问请求信息发送至所述报文处理单元104；
所述全局地址映射单元102用于基于所述全局地址映射关系表，获得与所述访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址，并将所述网络通讯地址发送至所述报文处理单元104；
所述报文处理单元104用于根据所述访问请求信息生成所述访问帧，根据所述网络通讯地址将所述访问帧封装为远程访问报文，并通过本地设备芯片的以太网控制模块2发送至所述任意一个远程设备芯片的以太网控制模块2；当接收到本地的以太网控制模块2发送的远程访问报文时，对所述远程访问报文进行解析，获得所述远程访问报文中的全局地址信息和访问请求信息，并将所述全局地址信息发送至所述总线地址映射单元105，将所述访问请求信息发送至所述远程访问处理单元103；
所述总线地址映射单元105用于基于所述总线地址映射关系表，获得与所述全局地址信息相对应的本地总线地址，并将所述本地总线地址发送至所述远程访问处理单元103；
所述远程访问处理单元103用于根据所述访问请求信息，通过所述总线接口单元101对与所述本地总线地址相对应的芯片硬件发送读/写请求指令；当接收到所述芯片硬件反馈的读/写结果时，通过所述报文处理单元104根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块2将所述访问反馈报文反馈至与所述远程访问报文相对应的远程设备芯片。
具体地，总线接口单元101是转换装置与总线进行交互的单元，能够为预设的软件提供接口以对全局地址映射关系表和总线地址映射关系表进行配置。当转换装置作为总线上的从设备时，总线接口单元101能够接收本地设备芯片向任意一个远程设备芯片发送的访问请求信息，当转换装置作为总线上的主设备时，总线接口单元101能够完成远程访问处理单元103对总线的访问，以及完成转换装置将读/写结果写回其所处设备芯片的芯片硬件。
作为其中一种可选的实施例，全局地址映射单元102若当前无法基于全局地址映射关系表获得与访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址，即当前出现了对未映射节点的地址访问，则向远程访问处理单元103发送异常信号，以终止此次访问，并向所处芯片设备的CPU拉起异常中断。
需要说明的是，报文处理单元104当接收到本地的以太网控制模块2发送的远程访问报文时，对远程访问报文进行解析，检查报文安全字、命令字，若检查到当前远程访问报文为非法报文，则直接丢弃。
作为其中一种可选的实施例，由于每段全局地址包含全局读写权限，在进行本地总线地址转换的同时也会进行权限检查，因此在总线地址映射单元105获取与全局地址信息相对应的本地总线地址的过程中，若出现对未映射地址的访问或权限不匹配的访问，则向远程访问处理单元103发送异常信号，以向源节点进行异常反馈。
作为其中一种可选的实施例，总线地址映射关系表存储于总线地址映射单元105内部，该映射关系代表了本地设备芯片挂载到全局地址上的硬件情况，且不在全局范围进行同步，该映射关系能够通过预设的软件进行初始化与动态调整。
作为优选方案，所述总线转换模块1还包括请求仲裁单元108和寄存器组107；
所述总线接口单元101还用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，将所述访问请求信息写入发起所述访问请求信息的芯片硬件的预设的请求通道；
所述请求仲裁单元108用于分别为若干个所述请求通道分配远程访问时间，并对若干个所述请求通道进行排序，生成排序队列；采用轮转法，在所述排序队列中逐一选取请求通道，并将选取的请求通道中的访问请求信息发送至所述全局地址映射单元102；
所述寄存器组107用于存储预设配置参数与访问状态信息。
具体地，请求仲裁单元108能够当多个芯片硬件并发使用总线转换模块1，同时发起对远程设备芯片的访问请求时，对远程访问执行顺序进行管理。
具体地，寄存器组107是总线转换模块1与各芯片硬件进行交互的接口，其存储预设配置参数与访问状态信息，能够为预设的软件提供接口以配置各个参数，例如各个芯片硬件读模式的写回地址、各个芯片硬件的访问完成触发模式等。
作为优选方案，所述以太网控制模块2包括协议栈201、以太网TX单元202和以太网RX单元203；
所述协议栈201用于接收所述报文处理单元104发送的所述远程访问报文，并根据与所述访问请求信息相对应的网络通讯地址，通过所述以太网TX单元202将所述远程访问报文发送至与所述网络通讯地址相对应的远程设备芯片的以太网控制模块2；
所述以太网RX单元203用于接收任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文，并对所述远程访问报文进行CRC校验，将满足预设的CRC校验要求的远程访问报文发送至所述协议栈201；
所述协议栈201还用于对满足所述CRC校验要求的远程访问报文进行校验，并将满足预设的校验要求的远程访问报文发送至本地的报文处理单元104。
具体地，协议栈201用于接收报文处理单元104发送的远程访问报文。此外，协议栈201内部包含一状态机，在对满足CRC校验要求的远程访问报文进行校验时，提取出帧头各个字段的含义以进行校验、计算和MAC地址匹配等操作。
值得说明的是，以太网RX单元203用于接收任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文，并对远程访问报文进行CRC校验，对数据帧长不符、FIFO溢出等错误进行识别，筛选出数据帧长符合标准、FIFO未溢出的远程访问报文。
作为优选方案，所述以太网控制模块2还包括协议转换单元204；
所述以太网TX单元202用于按照GMII协议，将所述远程访问报文发送至所述协议转换单元204；
所述协议转换单元204用于将所述远程访问报文的所述GMII协议转换为匹配于以太网PHY芯片的接口协议，并按照所述接口协议，将所述远程访问报文发送至所述以太网PHY芯片，以通过所述以太网PHY芯片将所述远程访问报文发送至与所述网络通讯地址相对应的远程设备芯片的以太网控制模块2；
所述协议转换单元204还用于通过所述以太网PHY芯片接收任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文，将所述任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文的接口协议转换为所述GMII协议，并按照所述GMII协议，将所述任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文发送至本地的以太网RX单元203。
作为其中一种可选的实施例，由于以太网PHY芯片通常采用RGMII接口协议或SGMII接口协议，根据实际部署的环境可以选择不同的转换单元，因此本实施例的协议转换单元204为SGMII转换单元。
具体地，以太网TX单元202用于读取协议栈201写入的远程访问报文，并按照GMII接口协议将报文中待发送的数据帧，按字节发送至协议转换单元204。
具体地，以太网RX单元203按照GMII接口协议接收协议转换单元204发送的远程访问报文，并将该报文写入内部暂存FIFO中。
作为优选方案，所述远程访问处理单元103用于通过所述报文处理单元104根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块2将所述访问反馈报文反馈至与所述远程访问报文相对应的远程设备芯片，具体包括：
所述远程访问处理单元103用于通过所述报文处理单元104根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，根据所述访问请求信息所包含的发送地址信息将所述回馈帧封装为访问反馈报文，并发送至本地的以太网控制模块2；
所述以太网控制模块2用于将所述访问反馈报文发送至与所述发送地址信息相对应的远程设备芯片的以太网控制模块2。
具体地，远程访问处理单元103通过报文处理单元104根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，根据所述访问请求信息所包含的发送地址信息将所述回馈帧封装为访问反馈报文，并发送至本地的协议栈201；协议栈201通过以太网TX单元202将访问反馈报文发送至协议转换单元204；协议转换单元204按照匹配于以太网PHY芯片的接口协议，将访问反馈报文发送至与访问请求信息所包含的发送地址信息相对应的以太网PHY芯片，以通过该以太网PHY芯片将访问反馈报文反馈至与该发送地址信息相对应的远程设备芯片的协议转换单元204；远程设备芯片的协议转换单元204通过GMII协议，将访问反馈报文发送至其本地的以太网RX单元203；其本地的以太网RX单元203经过CRC校验后，将校验通过的访问反馈报文发送至其本地的协议栈201。
作为优选方案，所述以太网控制模块2还用于当接收到任意一个远程设备芯片发送的访问反馈报文时，将所述访问反馈报文发送至本地的报文处理单元104；
所述报文处理单元104还用于对所述访问反馈报文进行解析，获得所述回馈帧，并判断所述回馈帧中的内容是否异常；若是，则将访问异常信号发送至所述远程访问处理单元103；若否，则将所述读/写结果和访问完成信号发送至所述远程访问处理单元103；
所述远程访问处理单元103还用于当接收到所述访问异常信号时，根据所述访问异常信号获取异常原因，并通过所述总线接口单元101将所述异常原因和异常标志写入配置于发起当前访问请求的芯片硬件的寄存器；当接收到所述访问完成信号时，通过所述总线接口单元101将完成标志和所述读/写结果写入配置于发起当前访问请求的芯片硬件的寄存器。
作为优选方案，所述本地设备芯片和所述远程设备芯片均被预先静态映射至所述集群系统全局地址空间；
所述芯片硬件被预先动态映射至所属设备芯片的全局地址空间。
需要说明的是，本实施例对于设备芯片的全局地址和芯片硬件的全局地址分别采用静态配置和动态配置的方式。静态配置方式下，全局地址的信息存储于每个设备芯片当中，以配置文件的形式存储了集群系统中所有设备芯片的IP地址信息、MAC地址信息和全局地址挂载信息等。动态配置方式下，将集群系统中所有设备芯片均加入同一个组播地址，通过预设的端口收发全局地址同步报文，同步报文的内容包含设备芯片的IP地址和MAC地址、全局地址基址、挂载硬件数量、挂载硬件信息，其中，全局地址基址为静态配置参数，不可动态修改；挂载硬件数量表示该设备芯片包含芯片硬件的数量。硬件信息包含芯片硬件ID、硬件基址、地址范围、访问权限等内容，每段硬件信息对应于该设备芯片挂载的一个芯片硬件。设备芯片通过发送全局地址同步报文，能够向全局更新自身挂载的硬件信息，也能够随时下线已挂载的硬件，从而达到对芯片硬件的全局地址进行动态配置的目的。
作为优选方案，所述协议栈201还用于对满足所述CRC校验要求的远程访问报文进行类型识别，当识别到满足所述CRC校验要求的远程访问报文为ARP报文或者ICMP报文时，对所述ARP报文或者所述ICMP报文进行应答。
为了更好地体现本发明实施例提供的网络通讯协议与总线协议的转换装置的有益效果，下面结合CPU发起远程控制的一个具体实施例和除CPU之外的其余芯片硬件发起远程控制的一个具体实施例进行说明。
参见图4，包含“CPU发起远程控制”部分和“感知控制器发起远程控制”部分，图中的总线转换器即为总线转换模块，以太网控制器即为以太网控制模块。
针对“CPU发起远程控制”部分，设备芯片1的CPU向设备芯片2的控制寄存器发起写操作请求的流程具体如下：
(1)设备芯片1上的控制程序首先通过服务软件的共享内存获取设备芯片2中的控制寄存器的全局地址0x1040002000，并调用装置驱动程序向该地址写1，以实现启动某项指令。
(2)驱动程序向AXI总线地址0x1040002000写1，如“CPU发起远程控制”部分中步骤①。总线转换器的总线接口单元将此次访问地址与数据内容写入到CPU请求通道的暂存寄存器中，并设置CPU请求标志，结束此次总线请求。驱动完成此次总线写入后进入等待队列，阻塞系统调用，等待中断。
(3)请求仲裁单元在总线转换器位于空闲状态时，选中CPU请求通道，进行远程访问。将访问的全局地址传递给全局地址映射单元。
(4)全局地址映射单元经过查询全局地址映射关系表，得出全局地址0x1040002000的节点IP地址和MAC地址，将其传递给报文处理单元。
(5)报文处理单元根据数据内容和相应地址，生成远程写访问报文，启动以太网控制器完成报文发送，并设置远程访问等待标志，如“CPU发起远程控制”部分中步骤②。
(6)如“CPU发起远程控制”部分中步骤③，当报文经过网络达到设备芯片2的以太网控制器，通过了协议栈的校验和匹配，若报文处理单元处于空闲状态则递交报文，若非空闲则丢弃该报文。
(7)报文处理单元根据UDP端口号得出该报文为远程访问报文，取出其中的全局地址字段递交到总线地址映射单元，进行地址转换，其余字段递交远程访问处理单元。
(8)总线地址映射单元检查该地址是否为本节点的全局地址范围，检查该地址是否有对应的本地总线地址。若超出本节点全局地址范围或无对应的本地真实地址，则向远程访问处理单元传递异常信号及原因；若转换正常则递交本地总线地址。
(9)远程访问处理单元若收到异常信号，则立刻调用报文处理单元生成异常回馈帧。若正常收到本地总线地址则调用总线接口单元发起对总线的写，如“CPU发起远程控制”部分中步骤④。
(10)总线接口单元若正常写入，远程访问处理单元调用报文处理单元生成远程写访问回馈帧；若写超时，则生成异常回馈帧。报文处理单元将调用以太网控制器将回馈帧发送。
(11)设备芯片1的以太网控制器将报文递交给报文处理单元，报文处理单元根据端口号判断是回馈帧，进行回馈帧解析。若是异常回馈帧，或回馈帧的序号与正在等待的访问序号不一致，将向远程访问处理单元传递异常信号；若是正常回馈帧则传递远程访问完成信号与写结果。
(12)远程访问处理单元收到异常信号时，根据异常信号线得出异常原因，将原因写入CPU请求通道的异常寄存器，将CPU请求异常标志写入状态寄存器。若收到远程访问完成信号，将CPU请求完成写入状态寄存器。最后，清除当前远程访问等待标志，向CPU拉起中断，如“CPU发起远程控制”部分中步骤⑤。
(13)驱动程序收到中断，检查状态寄存器查看是否顺利完成远程访问，若远程访问异常则读出异常寄存器的值并打印错误原因，唤醒等待的进程。若是正常完成访问则直接唤醒等待的进程。
针对“感知控制器发起远程控制”部分，设备芯片3的感知控制器向设备芯片4的光敏传感器发起读操作请求的流程具体如下：
(1)设备芯片3上的控制程序首先通过服务软件的共享内存获取设备芯片4的光敏传感器的全局地址0x10C0003000，通过调用感知控制器的驱动程序将该地址写入其目标地址寄存器，并设置总线转换器中感知控制器完成请求时不触发完成通知，将写回寄存器设置为感知控制器内部的寄存器地址。
(2)感知控制器在其运行过程中，触发需要远程控制的状态时，对总线0x10C0003000发起读请求，试图读取设备芯片4的光敏传感器的值，如“感知控制器发起远程控制”部分中步骤①。总线接口单元将此次访问地址写入到感知控制器请求通道的暂存寄存器中，并设置感知控制器请求标志。向感知控制器读总线请求传回1，代表远程访问开始。
(3)请求仲裁单元选中感知控制器请求通道，将访问的全局地址传递给全局地址映射单元。全局地址映射单元经过查询全局地址映射关系表，得出目标节点IP地址和MAC地址，将其传递给报文处理单元。
(4)报文处理单元根据目标地址，生成远程读访问报文，启动以太网控制器完成报文发送，并设置远程访问等待标志，如“感知控制器发起远程控制”部分中步骤②。
(5)如“感知控制器发起远程控制”部分中步骤③，报文达到设备芯片4的以太网控制器，经过协议栈验证递交报文处理单元。
(6)报文处理单元根据UDP端口号得出该报文为远程访问报文，取出其中的全局地址字段递交到总线地址映射单元，其余字段递交远程访问处理单元。
(7)总线地址映射单元对地址进行转换，若超出本节点全局地址范围或无对应的本地总线地址，则向远程访问处理单元传递异常信号及原因。若转换正常则递交本地总线地址。
(8)远程访问处理单元若收到异常信号，则立刻调用报文处理单元生成异常回馈帧；若正常收到本地总线地址，则调用总线接口单元发起对总线的读。
(9)如“感知控制器发起远程控制”部分中步骤④，总线接口单元若正常读取总线，远程访问处理单元调用报文处理单元生成远程读访问回馈帧；若读超时，则生成异常回馈帧。报文处理单元将调用以太网控制器将回馈帧发送。
(10)如“感知控制器发起远程控制”部分中步骤⑤，设备芯片3的以太网控制器收到回馈帧，递交给报文处理单元。若是发生异常将向远程访问处理单元传递异常信号，若是正常则传递远程访问完成信号与读结果。
(11)远程访问处理单元收到异常信号时，根据异常信号线得出异常原因，将原因写入感知控制器请求通道的异常寄存器，将感知控制器请求异常标志写入状态寄存器，拉起CPU中断。驱动程序收到中断，查询状态寄存器，将打印感知控制器异常及异常原因。
(12)若远程访问处理单元收到远程访问完成信号，则将感知控制器请求完成写入状态寄存器。根据感知控制器的配置寄存器，请求完成时不触发通知，则直接将读回的结果写入写回寄存器中的地址，如“感知控制器发起远程控制”部分中步骤⑥。最后，清除当前远程访问等待标志。
由此可见，本发明实施例提供的转换装置能够接收本地设备芯片内各个芯片硬件发送的针对集群系统内任意一个远程设备芯片的远程访问请求，并能够将该远程访问请求发送至该远程设备芯片的转换装置，通过远程设备芯片内的转换装置，能够根据接收的远程访问请求直接对远程设备芯片内的芯片硬件发送读/写请求指令，然后再将读/写结果反馈至发起远程访问请求的设备芯片，从而能够在无需设备芯片的CPU参与的情况下，实现集群系统中各个设备芯片之间的远程网络通讯任务及控制任务，显著减轻各个设备芯片的CPU的处理负载，进而能够提高远程网络通讯及控制的效率。
本发明实施例第二方面提供一种集群系统，所述集群系统包括若干个设备，每个设备均配置有设备芯片，所述设备芯片包括若干个芯片硬件和如第一方面任一实施例所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，包括总线转换模块和以太网控制模块；
所述总线转换模块用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，基于预设的全局地址映射关系表，获得与所述访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址；根据所述访问请求信息生成访问帧，根据所述网络通讯地址将所述访问帧封装为远程访问报文，并通过本地的以太网控制模块，向所述任意一个远程设备芯片的以太网控制模块发送所述远程访问报文；
所述以太网控制模块用于当接收到任意一个远程设备芯片发送的所述远程访问报文时，将所述远程访问报文发送至本地的总线转换模块；
所述总线转换模块还用于基于预设的总线地址映射关系表，获得与所述远程访问报文所包含的全局地址信息相对应的本地总线地址；根据所述远程访问报文所包含的访问请求信息，对与所述本地总线地址相对应的芯片硬件发送读/写请求指令，根据所述访问请求信息和所述芯片硬件反馈的读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块将所述访问反馈报文反馈至所述任意一个远程设备芯片；
其中，所述本地设备芯片和所述远程设备芯片均包括若干个所述芯片硬件；
所述本地设备芯片、所述远程设备芯片和所述芯片硬件均被预先映射至预设的集群系统全局地址空间；
所述总线转换模块包括总线接口单元、全局地址映射单元、远程访问处理单元、总线地址映射单元和报文处理单元；
所述总线接口单元用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，将所述访问请求信息发送至所述全局地址映射单元，并通过所述远程访问处理单元将所述访问请求信息发送至所述报文处理单元；
所述全局地址映射单元用于基于所述全局地址映射关系表，获得与所述访问请求信息所包含的全局地址信息相对应的网络通讯地址，并将所述网络通讯地址发送至所述报文处理单元；
所述报文处理单元用于根据所述访问请求信息生成所述访问帧，根据所述网络通讯地址将所述访问帧封装为远程访问报文，并通过本地设备芯片的以太网控制模块发送至所述任意一个远程设备芯片的以太网控制模块；当接收到本地的以太网控制模块发送的远程访问报文时，对所述远程访问报文进行解析，获得所述远程访问报文中的全局地址信息和访问请求信息，并将所述全局地址信息发送至所述总线地址映射单元，将所述访问请求信息发送至所述远程访问处理单元；
所述总线地址映射单元用于基于所述总线地址映射关系表，获得与所述全局地址信息相对应的本地总线地址，并将所述本地总线地址发送至所述远程访问处理单元；
所述远程访问处理单元用于根据所述访问请求信息，通过所述总线接口单元对与所述本地总线地址相对应的芯片硬件发送读/写请求指令；当接收到所述芯片硬件反馈的读/写结果时，通过所述报文处理单元根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块将所述访问反馈报文反馈至与所述远程访问报文相对应的远程设备芯片。
2.如权利要求1所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，所述总线转换模块还包括请求仲裁单元和寄存器组；
所述总线接口单元还用于当接收到本地设备芯片发送的针对任意一个远程设备芯片的访问请求信息时，将所述访问请求信息写入发起所述访问请求信息的芯片硬件的预设的请求通道；
所述请求仲裁单元用于分别为若干个所述请求通道分配远程访问时间，并对若干个所述请求通道进行排序，生成排序队列；采用轮转法，在所述排序队列中逐一选取请求通道，并将选取的请求通道中的访问请求信息发送至所述全局地址映射单元；
所述寄存器组用于存储预设配置参数与访问状态信息。
3.如权利要求1所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，所述以太网控制模块包括协议栈、以太网TX单元和以太网RX单元；
所述协议栈用于接收所述报文处理单元发送的所述远程访问报文，并根据与所述访问请求信息相对应的网络通讯地址，通过所述以太网TX单元将所述远程访问报文发送至与所述网络通讯地址相对应的远程设备芯片的以太网控制模块；
所述以太网RX单元用于接收任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文，并对所述远程访问报文进行CRC校验，将满足预设的CRC校验要求的远程访问报文发送至所述协议栈；
所述协议栈还用于对满足所述CRC校验要求的远程访问报文进行校验，并将满足预设的校验要求的远程访问报文发送至本地的报文处理单元。
4.如权利要求3所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，所述以太网控制模块还包括协议转换单元；
所述以太网TX单元用于按照GMII协议，将所述远程访问报文发送至所述协议转换单元；
所述协议转换单元用于将所述远程访问报文的所述GMII协议转换为匹配于以太网PHY芯片的接口协议，并按照所述接口协议，将所述远程访问报文发送至所述以太网PHY芯片，以通过所述以太网PHY芯片将所述远程访问报文发送至与所述网络通讯地址相对应的远程设备芯片的以太网控制模块；
所述协议转换单元还用于通过所述以太网PHY芯片接收任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文，将所述任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文的接口协议转换为所述GMII协议，并按照所述GMII协议，将所述任意一个远程设备芯片发送的远程访问报文发送至本地的以太网RX单元。
5.如权利要求1所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，所述远程访问处理单元用于通过所述报文处理单元根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，并将所述回馈帧封装为访问反馈报文，通过本地的以太网控制模块将所述访问反馈报文反馈至与所述远程访问报文相对应的远程设备芯片，具体包括：
所述远程访问处理单元用于通过所述报文处理单元根据所述访问请求信息和所述读/写结果生成回馈帧，根据所述访问请求信息所包含的发送地址信息将所述回馈帧封装为访问反馈报文，并发送至本地的以太网控制模块；
所述以太网控制模块用于将所述访问反馈报文发送至与所述发送地址信息相对应的远程设备芯片的以太网控制模块。
6.如权利要求5所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，所述以太网控制模块还用于当接收到任意一个远程设备芯片发送的访问反馈报文时，将所述访问反馈报文发送至本地的报文处理单元；
所述报文处理单元还用于对所述访问反馈报文进行解析，获得所述回馈帧，并判断所述回馈帧中的内容是否异常；若是，则将访问异常信号发送至所述远程访问处理单元；若否，则将所述读/写结果和访问完成信号发送至所述远程访问处理单元；
所述远程访问处理单元还用于当接收到所述访问异常信号时，根据所述访问异常信号获取异常原因，并通过所述总线接口单元将所述异常原因和异常标志写入配置于发起当前访问请求的芯片硬件的寄存器；当接收到所述访问完成信号时，通过所述总线接口单元将完成标志和所述读/写结果写入配置于发起当前访问请求的芯片硬件的寄存器。
7.如权利要求1所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，所述本地设备芯片和所述远程设备芯片均被预先静态映射至所述集群系统全局地址空间；
所述芯片硬件被预先动态映射至所属设备芯片的全局地址空间。
8.如权利要求3所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置，其特征在于，所述协议栈还用于对满足所述CRC校验要求的远程访问报文进行类型识别，当识别到满足所述CRC校验要求的远程访问报文为ARP报文或者ICMP报文时，对所述ARP报文或者所述ICMP报文进行应答。
9.一种集群系统，其特征在于，所述集群系统包括若干个设备，每个设备均配置有设备芯片，所述设备芯片包括若干个芯片硬件和如权利要求1至8任一项所述的网络通讯协议与总线协议的转换装置。
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