CN204463106U - Um-bus总线通道故障检测控制器 - Google Patents

Abstract

一种UM-BUS总线通道故障检测控制器，所述通道故障检测控制器包括通道健康状态表、检测控制状态机和通道检测通信控制器，采用分层式控制模型，能够实现对UM-BUS总线通道故障的在线实时检测与动态标记。

Description

UM-BUS总线通道故障检测控制器

技术领域

本实用新型涉及一种总线通道故障检测控制器，特别地，涉及UM-BUS总线通道故障检测控制器。

背景技术

动态可重构高速串行总线(UM-BUS总线)是一种能够将高速通信与冗余容错有机统一，具有远程扩展能力的高速串行总线。它基于M-LVDS(Multipoint Low Voltage Differential Signaling，多点低电压差分信号)信号传输方式，采用总线型拓扑结构；通过多通道并发方式可提供高达6.4Gbps的通信速率；通过多通道的动态重构能对多个总线与节点故障进行容错；具有远程存储访问能力，可以为嵌入式系统的远程扩展提供强有力的支持；具有链路状态自检功能，能够对总线通道健康状态进行在线实时动态监测。

动态重构是UM-BUS实现并发传输与动态容错的关键技术，它通过在总线各节点中建立和维护一个通道健康状态表，据此将通信数据动态分配到正确通道上进行传输，从而对通道故障进行屏蔽与容错。

CN102622323B公开了一种动态可重构串行总线中基于开关矩阵的数据传输管理方法，其利用通道故障状态表，通过开关矩阵数据传输管理阵列动态管理缓冲区与不定数目通道的数据传输，使数据均衡地分配到有效通道上，实现了故障状态下数据的动态重构。

动态可重构串行总线的核心基础是对总线通道故障、节点故障进行实时的在线检测，实时更新通信节点的通道健康状态表，保证UM-BUS总线在通道故障状态下的正常通信。现有技术中的总线通道故障检测控制器在速度、带宽占用等方面不能满足此要求。

发明内容

本实用新型在于提供一种UM-BUS总线通道故障检测控制器，该控制器能够实现对总线通道故障、节点故障的实时在线检测。

本实用新型为实现上述目的所采取的技术方案为：一种UM-BUS总线通道故障检测控制器，其特征在于：包括通道健康状态表、检测控制状态机和通道检测通信控制器，其中所述通道健康状态表是按照UM-BUS总线通道的通信主、从节点连通情况建立的二维表格；所述检测控制状态机能够根据上层的检测命令或者来自通道主节点的检测命令包，启动通道检测过程，实现不同检测状态的定时，控制所述通道检测通信控制器进行通道检测数据包的收发，完成对通道健康状态表的更新；所述通道检测通信控制器设置于每个总线通道上，能够在所述检测控制状态机的控制下，完成通道检测包的组帧与解析，通过通道MAC在总线通道上进行检测数据包的接收和发送，对通道故障进行判断。

根据本实用新型的UM-BUS总线通道故障检测控制器采用分层式控制结构，能够实现对UM-BUS总线通道故障的在线实时检测与动态标记。

附图说明

图1是UM-BUS总线拓扑结构图；

图2是UM-BUS总线协议模型与数据流图；

图3是UM-BUS总线通道检测数据包格式；

图4是UM-BUS总线故障检测方法示意图；

图5是UM-BUS总线故障检测器结构模型。

具体实施方式

UM-BUS总线采用基于M-LVDS技术的多通道并发冗余的总线拓扑结构，支持最多30个通信节点直接互连，不需要通常高速总线组网时所需的路由器或转接器；使用2～32个通道并发传输提高总线通信速率，最高通信速率可达6.4Gbps；通过多通道的动态冗余与故障重构，可实现对最多31个通道故障的动态容错；采用主从命令应答式的远程存储访问协议，为系统提供了灵活的远程非智能扩展能力。UM-BUS总线的拓扑结构如图1所示。

如图2所示，UM-BUS通信协议分为处理层、数据链路层、物理层三个层次。数据链路层又分为数据缓冲子层、传输子层和MAC子层。

处理层是UM-BUS通信协议模型的最上层，完成总线通信的管理工作并将部分信息反馈给外接设备或上层应用。

数据链路层完成通道故障管理与数据动态分配功能，是UM-BUS总线协议的核心部分。其中数据缓冲子层提供了一个260x32位数据缓冲存储器，用来在通信过程中对通信数据进行存储；MAC子层完成通道管理、故障检测、通道健康状态表维护、通道数据组帧与解帧等功能；传输子层实现通信数据的分组传输，根据通道健康状态表，实现数据在健康通道的均衡分配。

UM-BUS总线使用双绞线传输，采用8b/10b编码方式，物理层完成数据编解码、差错校验、字符同步、时钟同步等功能。

数据通信时，发送端通过处理层构建通信数据包，暂存到数据缓冲层。然后由传输子层根据来自MAC子层的通道健康状态信息表对待发数据进行动态重构，将数据包动态均衡的分配到所有的可用通道上。物理层对分组数据包进行收发的包装，经过8b/10b编解码转换成比特流传送。

在接收端，物理层对比特流进行时钟同步，8b/10b解码，通道数据解包。然后由传输子层根据来自MAC子层的通道健康状态信息表对数据进行动态组织，存储到数据缓冲层，由处理层交付应用层使用。

无论数据发送还是接收，UM-BUS总线通信双方都需要在其MAC子层，对总线通道的健康状态进行检测，并建立一个相互协调一致的通道健康状态表。同时，为保证通信的正确性与实时性，通道健康状态检测过程必须是可靠完备的，且不能耗费太太多的总线带宽。

根据对总线拓扑结构与物理链路的分析，UM-BUS总线的通信通道故障可分为通道线路故障、节点电路故障两大类。通道线路故障通常会导致所有通信节点都不能在故障通道上正常通信；而节点电路故障往往只有影响本节点的正常通信；但是，不论哪种故障都会导致通信双方在故障涉及的通道上不能正确交互通信数据。

为简化UM-BUS总线的故障检测过程，节约通信带宽，且能够使得故障无关的通信节点的通信不受故障影响，保持较高的通信速率。UM-BUS总线的健康状态表按通信双方节点建立一个二维表格。以节点1为例，UM-BUS总线节点中的通道健康状态表如表1所示。

表1 节点1的通道健康状态表

表1的每列对应一个物理通道，为1表示通道健康可用，为0表示通道故障不可用；每行对应一个UM-BUS总线节点，表示节点1与该节点通信时的通道可用情况。UM-BUS总线支持32个节点和32个通道并发，因此表格大小为32x 32。UM-BUS总线协议中节点0和31为保留节点，各节点不能与自身进行通信，因此表1中节点0、1、31对应的行为全0。

当通道发生故障时，所涉及的主、从节点之间将不能通过故障通道进行数据交互。因此，在主节点与从节点之间通过在各通道相互传送通道检测数据包，就可以确定总线通道是否健康可用，从而达到对故障进行检测的目的。为此，本实用新型设计如图3所示的通道检测数据包。在检测过程中，主从节点在每个通道上分别进行检测数据包的相互传送。

检测数据包中，检测命令是一个8b/10b控制字，用来标识一个检测包的开始，同时也给出了检测数据包的类型，8b/10b控制字K28.0、K28.1、K28.2分别表示检测命令、检测应答、检测确认三种不同的检测数据包。

目标节点号指明接收检测数据包的节点，用5位二进制表示节点0～31。源节点号表示发送该检测数据包的节点，同样用5位二进制表示。通道序号是传送检测数据包的通道在检测主节点一侧的物理排序号，用5位二进制表示通道0～31。校验位是对目标节点号、源节点号、通道序号及8位保留字节的奇校验。目标节点号、源节点号、通道序号及校验位共16位，分成两个数据字节进行传送。

检测数据包中的保留字节供UM-BUS总线进行通道传输延迟测量使用，与故障检测本身无关。

根据UM-BUS总线传送协议，检测数据包在总线通道传送时，由物理层按字节进行8b/10b编码后，重新组成物理层传输帧进行传输。单通道通信速率为100Mbps时，一个UM-BUS总线通道检测数据包在总线通道上的传输时间为90～116位时(每位时10ns)。其中物理层传输帧帧头、帧尾及总线保持时间共50位时，检测数据包数据40位时，线路传输延迟最大26位时(260ns)。

UM-BUS总线各节点在复位时将通道健康状态表全部复位为0。然后由通信主节点分别对各节点进行通道检测，设置主节点和对应从节点中的通道健康状态表中的相应行。当UM-BUS总线主节点在通信过程中发现错误(超时或数据错误)时，也会由主节点启动对通信从节点的通道检测，根据检测结果，修正主、从节点中的通道健康状态表中的相应行。

UM-BUS总线的通道检测总是由通信主节点发起，目标是利用尽可能少的通信开销，检测出通信通道的线路故障及节点电路故障，同步更新主、从节点MAC子层中的健康状态表。为此，本实用新型采用如图4所示的“命令-应答-确认”三段式通道故障检测与健康状态表更新方法，将通道检测过程分为三个阶段：①检测命令发送阶段、②检测状态应答阶段和③检测结果确认阶段。每个阶段分别由主节点或从节点发送相应的检测包。由于检测包采用固定格式，传输时间均为90～116位时，因此，将各个阶段时间长度均固定为128个UM-BUS总线传输位时(在通道速率为100Mbps时，共1280ns)。

对于主节点，收到上层的检测启动信号后，进入检测命令发送阶段①，从所有通道上同时向从节点分别发送一个检测命令包，并启动一个定时器，定时到128位时后，转入检测状态应答阶段②。

在检测状态应答阶段②，主节点将其定时器清0，重新开始定时，从各通道上接收从节点发送的检测应答包。定时至128位时后，转入检测结果确认阶段③。

进入检测结果确认阶段③，主节点同样将定时器清0，重新开始定时。然后，从所有收到检测应答包的通道上向从节点发送检测确认包。待定时至128位时后，结束通道检测过程，更新主节点中的通道健康状态表。

通道检测过程中，若某一通道能够收到检测应答包，表示主从节点可以通过该通道正常通信，在健康状态表中将其标记为健康通道。否则，通道线路或节点出现了故障，主、从节点不能在该通道上正常通信，将其标记为故障通道。

对于从节点，其通道检测过程是被动的。当某一通道收到给本节点的检测命令包后，从节点立即进入检测命令发送阶段①，并启动一个定时器。由于检测包传送时间为90～116位时，从节点最快要在检测命令包发出90位时后才能完全收到它。因此，从节点的定时器从90开始计时。计时到128位时后，所正常的通道都应当接收到检测命令包，从节点转入检测状态应答阶段②。

在检测状态应答阶段②，从节点将其定时器清0，重新开始定时，并从各个收到检测命令包的通道上向主节点回送检测应答包。然后，定时至128位时后，转入检测结果确认阶段③。

进入检测结果确认阶段③，从节点同样将定时器清0，重新开始定时。然后，从所有发送检测应答包的通道上，接收检测确认包。待定时至128位时后，所有正确通道都应当收到主节点送来的检测确认包，从节点结束通道检测过程，与主节点同步更新自己的通道健康状态表。

通道检测过程中，若某一通道能够收到检测确认包，表示主从节点可以通过该通道正常通信，在健康状态表中将其标记为健康通道。否则，通道线路或节点出现了故障，主、从节点不能在该通道上正常通信，将其标记为故障通道。

UM-BUS总线支持2～32个通道并发传输，为提高检测效率，降低通道检测的带宽开销，通道检测时，采用并行方式，在所有通道上同时进行检测包的交互，对所有通道同时进行检测。另外，为简化通道检测逻辑，减少资源开销，实现时采用了“集中控制独立通信”的分层控制模型，如图5所示将UM-BUS总线通道检测控制器分为检测控制状态机A-MAC和通道检测通信控制器C-MAC两部分。

A-MAC是检测控制器的核心部分，根据上层的检测命令或来自主节点的检测命令包，启动通道检测过程，实现不同检测状态的定时，控制C-MAC进行通道检测数据包的收发，完成对通道健康状态表的更新。

每个UM-BUS总线通道设置一个通道检测通信控制器C-MAC，在A-MAC的控制下，完成通道检测包的组帧与解析，通过通道MAC在总线通道上进行检测数据包的接收与发送，对通道故障进行判断。

Claims (1)

1.一种UM-BUS总线通道故障检测控制器，其特征在于：包括通道健康状态表、检测控制状态机和通道检测通信控制器，其中所述通道健康状态表是按照UM-BUS总线通道的通信主、从节点连通情况建立的二维表格；所述检测控制状态机能够根据上层的检测命令或者来自通道主节点的检测命令包，启动通道检测过程，实现不同检测状态的定时，控制所述通道检测通信控制器进行通道检测数据包的收发，完成对通道健康状态表的更新；所述通道检测通信控制器设置于每个总线通道上，能够在所述检测控制状态机的控制下，完成通道检测包的组帧与解析，通过通道MAC在总线通道上进行检测数据包的接收和发送，对通道故障进行判断。