TW200304313A - Time slot protocol - Google Patents

Description

200304313 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 發明背景 1 .技術領域 本發明概言之係關於數個計算機網路，且尤其係關於一 種用於此計算機網路的一時槽協定之系統和方法。 2 .先前技術 已知即時系統能採用數個，點對點資料匯流排，以確保 資料遞送為決定論的且很少閃爍（跳動）。然而，隨著即時 系統的複雜性增加，使用數個，點對點連接，變得不切實 際，因為互連的數目變得難以控制。而，點對點匯流排，使 用分離的傳輸和接收媒體，且通常需要重複備份以確保可 取得性的事實，使得問題更嚴重。此一方法會導致一產生 配線’’ έ知蛛網π的架構，而其裝置之零件數目又不斷增加， 此一因素皆使知· 一系統的成本與此一方法一起增加。對這 些問題所提出的一種解決方案是使用一共享媒體網路。此 共旱媒體方法之一為乙太網路（Ethernet)。 乙太網路在今日為廣泛使用之一標準網路連結技術。然 而，無法預測乙太網路是否能將定期資料適時遞送，為其 缺點。此缺陷有部份可歸於對，在該網路上的一裝置何時 能傳輸’ 一事缺乏控制，以及該乙太網路標準所定義的解 決爭奪該匯流排的方法。特別是，乙太網路使用一具有碰 撞偵測的載波偵測多重存取（CSMA/CD)媒體存取控制協 定。對於試圖被連續站間（位於該匯流排）傳輸的資料而 言，在該匯流排（位於二個或i個以上裝置之間）上試圖同 200304313 (2) 時傳輸所產生的碰撞可能會導致處理時間很長。雖然基本 的電腦資料（通常可能包括非同步資料）可能可容許此很 長的處理時間，但對内建即時控制系統而言，此特徵卻是 無法接受的，該内建即時控制系統要求資料（在系統元件 間）以一有條不紊的、決定論的方式通信，以執行該意圖 的即時任務。因而需要建構乙太網路，以維持如傳統 '點 對點通信架構’特徵所偏好的決定論和低閃爍（跳動）水 準。 先前技術中有一方法對乙太網路的缺點提出一解決方 案，包括在乙太網路之上建立一保留系統，如參考美國專 利第5,761，430號，給Gross等人，標題為”載波偵測多重存 取系統内之同時資料封包媒體存取控制”。Gross等人揭露 一保留系統，其中二通信π頻道”為經由共享媒體之分時多 工（TDM)。一非同步”頻道”使裝置連接至該共享媒體，以 對一主要裝置（一 ’’導體”）提出頻寬要求。而在該共享媒體 上的第二”頻道”則具有複數個時間間隔，根據該保留要求 (在一保留表内所陳述的順序），依該導體安排之特定順序 攜帶由各種裝置所產生之同時資料封包。該二”頻道”一起 定義一訊框，該訊框一再重覆。Gross等人所提出之該系 統會產生一與同步架構有關的問題。特別是，Gross等人 所提出的同步係依賴一由該導體廣播的時序封包（該時序 封包也包括該保留表）。在該網路上各種裝置傳輸封包會 直接激發該時序封包，再結合在該裝置内的計時器等，所 有的動作皆根據該保留表運.作（和某些遞延時間）。Gross 200304313 (3) 獮 等人假設已在該網路内，根據一個訊框接著一個訊框的基 礎，做了精密時序更正（亦即，已傳遞），但事實上卻可能 不會達到所需要的確定性。所產生的時序不確定性和不想 要的大量（閃爍）跳動可能會影響Gross等人所揭露該系統 的效能。當所攜帶的酬載包括聽覺和/或視覺資料時，有 時可能可容許此效能上的缺點，但對即時内建控制系統， 特別是十分重視安全性的系統而言，通常無法接受此種缺 陷。

Gross等人之系統的另一個問題在於它並非為嚴格決定 論。特別是，存取至該網路需要達到以下二項··（ i)在一 保留階段期間内提出要求（亦即，可能會因其非同步性質 而無法成功，導致可能的碰撞），和（ii)該導體實際上答應 該要求，並將該裝置列入下一個訊框的保留表中（這並不 保證一定會發生）。亦即，在Gross等人的系統中，可能無 法絕對保證每一個裝置將會被允許存取至每一訊框的共 享媒體。

Gross等人的系統還有一個問題，就是該網路裝置決定 何時可傳輸的機制。Gross等人揭露一與每一個裝置有關 的遞延時間，對應於該匯流排上的優先順序或所排程的傳 輸次序。只要該匯流排靜止不動，一計時器則開始計數其 指定的遞延時間。若該計時器完全倒數計數其遞延時間， 才能傳輸。否則，若該裝置偵測到在該匯流排上的活動， 則重新開始其計時器對該遞延時間的倒數計數。此方法導 致該傳輸過程無效率和不確定。 200304313

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先前技藝中所揭露的另一個方法包括將時間分成複數 個訊框，其中每一個訊框包括複數個專用時槽或”階段，，， 可傳輸即時交通，如美國專利第6,246,702號所揭露，頒給 Fellman等人，標題為’’提供電腦網路服務品質保證之方法 和裝置’’。在Fellman等人之系統中，每一階段被指派至一 各別裝置界面卡。每一裝置界面卡只能在被指派的階段期 間傳輸封包。Fellman等人系統之問題為：它採取近端到遠 端的基礎’只注意不知名網路架構所導入的處理時間。雖 然Fellman等人係依裝置對裝置的觀點體認到時脈頻率中 變異的問題，此變異可能導致一裝置對另一裝置漂移而導 致碰撞，但Fellman等人所提議的解決方案本身即有其限 制。特別是，Fellman等人所提議的解決方案包括使用一特 定可變動晶體振盪器（VXO)，需要特別的硬體，因而增加 成本和複雜性。 —

Fellman等人的另一問題為處理同步失敗的機制。特別 是，若發生一同步誤配對，Fellman等人的系統係靠内在的 載波偵測多重存取（CSMA/CD)乙太網路協定而從碰撞中 復原。Fellman等人揭露：只要該階段重疊不超過一尺寸最 小的封包的時間期間，則應不會產生碰撞。然而，如以上 所提及的，在即時内建控制系統中’是不允許有此種決定 論的存取至該網路的損失。例如，一 π胡言亂語的 (babbling)’’節點（亦即，一誤動作節點）可能會減緩此一網 路的速度。 據此，需要一種系統和方法，能使決定論的存取至一共 -10- 200304313

(5) 享網路媒體，而最小化或消除一個以上（含）之前述問題。 發明内容 相關申請案 本申請案主張2001年12月14曰申請之美國臨時申請案 序號第60/340,614號之權利，該案之全文以引用的方式併 入本文中。 本發明之一目標係對一個以上（含）之前述問題提供一 解決方案。本發明使用一分時多重存取（TDMA)架構，以 貫現一具有低處理時間和低閃爍（跳動）的決定論的、可靠 和高產出率計算機網路。本發明特別適合即時内建控制系 統’例如航’空電子工學應用系統。在該匯流排上的時間被 分為複數個訊框，每一個訊框具有複數個時槽。為建立決 定論的存取’如本發明，只有在預先指派的數個截然不同 時心時（亦即’不會有二個裝置同時被指派至該相同時 槽）’所有需傳輸資料的網路裝置（或節‘點）才會被提供存 取。因此本發明可讓所有裝置不需競爭（爭論）即可決定論 、足期的存取至該共享媒體（亦即，匯流排）。本發明也 包括數個機制：（i)使用校準技術以確保適當的同步，及（ij 崔保每裝置只有在被指派的時槽時才會傳輸。因此，本 么月之 優點包括它嚴格堅持決定論的存取至該匯流 排本發明之另一優點包括該週期性的可適性和保證網路 存取的長度。尚為本發明之另一優點為：能提供安全和可 非的即時系統操作，因為該分時架構（如本發明）係採用數 個機制，以偵測並隔離可能發生在該實體媒體和/或網路 -11 - 200304313 ⑹ 讎 節點内的任何失敗。 在本發明之一觀點中，提供一種操作一網路之方法。該 網路包括複數個裝置，連接至該網路之一共享匯流排。該 方法包含傳輸一初始封包，該封包標示每個訊框的開始。 因而該初始封包也包括時序資訊。此外，該初始封包具有 一圖表，包括（i)在該匯流排上數個裝置的時槽指派，（ii) 每一時槽指派之時槽補償，及（iii)每一時槽指派之時槽期 間。該訊框一再重覆。該方法尚包含在該被指派的一個以 上（含）時槽期間内，使用該時槽補償和期間資料來控制存 取至該匯流排。 在本發明之另一觀點中，一額外的步驟包括在一碰撞領 域内，最多僅指派該複數個裝置中的一裝置給每一時槽。 該指派標示在該等指派時槽期間内，被允許將封包傳輸至 該匯流排上之該裝置之識別。另一步驟包括定義該上述圖 表，該圖表包括此時槽指派、時槽補償及每一時槽的時槽 期間資料。還有一步驟包括經由該匯流排，將該圖表廣播 給該初始封包内複數個裝置中的每一個。每一個裝置被建 構成能根據它被指派的時槽、補償和槽期間（皆得自該圖 表内）來決定其傳輸時間。在一具體實施例中，以一獨立 的傳輸封套計數器來執行該傳輸期間，以致於在效果上， 限制該裝置的封包只能傳輸至它被指派的時槽。最好，使 用硬體閘邏輯來製作該加強功能。 尚為本發明之另一觀點，使用一頻率校準參數來降低裝 置對裝置時脈頻率變動的效果。該參數可為一校準比率， 200304313 (7) 1^^^

由測量訊框期間之一加權平均所計算出。使用該校準比率 以校準該槽補償、槽期間和訊框期間參數，該裝置採用這 些參數以決定其在該匯流排上傳輸而不會產生碰撞的指 派時間。該校準可增加該匯流排的利用，因為可減少在每 一時槽前後端的守護帶，而使得酬載能有較多的頻寬。此 外，該校準機制可讓該裝置運作更長的時間，如果一匯流 排節奏單元，為所有連接至如本發明展示之一界面卡的裝 置建立在該匯流排上的時序。 實施方式

現在參考圖式，在各圖中使用相同參考號碼代表相同元 件。圖1為如本發明一網路10之方塊圖。可經由各種網路、 共享媒體或匯流排種類來實現本發明，並結合一經由乙太 網路網路來實現之較佳具體實施例加以說明。然而，應瞭 解本發明既不限於一乙太網路網路，也不限於一具有碰撞 偵測（CD)存取協定的載波偵測多重存取（CSMA)。本發明 對各種應用十分有用，並特別適於即時内建控制應用，其 中需要嚴格地決定論的存取至該網路，以及低閃爍（跳 動）。在一具體實施例中，網路10可為一航空電子工學通 信網路。 如圖1所示，網路1 0包括複數個節點1 2 i，1 2 2，1 2 3，1 2 4， 125，…，12n，一個以上（含）匯流排14(亦即，共享媒體） 互連，隨選地，由一個以上（含）集線器16丨，162，163和/ 或再生器/交換器/路由器（未顯示）。每一個節點1 2可包括 一各別裝置18和界面卡20。. -13 - 200304313 (8) 裝置1 8可為需存取至計算機網路10，更具體言之，為需 存取至該匯流排1 4，以傳輸資料封包的任何計算機裝置。 例如，裝置1 8可包括一般目的（通用）計算機裝置或一特殊 目的計算機裝置，或一特殊目的資料取得裝置（例如，一 感測器等）。在一航空電子工學具體實施例中，裝置1 8可 包括以下中任何一個以上（含）：一應用特定單元（ASU)， 一航空電子工學計算資源（ACR)，或一遠端資料單元 (RDU)。該應用特定單元（ASU)可為執行單一應用軟體之 單一電腦。一應用特定單元（ASU)的實例可為一超高頻 (VHF)無線電。在該航空電子工學具體實施例中，一航空 電子工學計算資源（ACR)為一般目的（通用）計算機執行一 ARINC 相容作業系統，該系統能主控主機數個分割應 用。該遠端資料單元（RDU)可為一執行區域功能控制的簡 單計算機單元，例如類比至數位轉換器（A/D)和數位至類 比轉換器（D/A)處理，可將遠端資料單元（RDU)數位資料介 面至一航空電子工學計算資源（ACR)並用於一應用特定 單元（ASU)。當然，上述所言僅為範例，而並非用於限制 其性質。 界面卡2 0被建構成能讓裝置1 8存取至匯流排1 4，以傳輸 封包。特別是，界面卡2 0被建構成能在一個以上（含）時槽 期間内控制存取至網路10，該時槽係從定義一訊框的複數 個時槽中選出。在一較佳具體實施例中，該一個以上（含） 時槽在該網路的設計期間内即被指派至一特定裝置1 8。詳 細說明如下。 200304313 (9) 匯流排1 4和集線器1 6可包括熟諳先前技藝者所週知之 傳統元件。匯流排1 4為網路1 0内的該共享媒體，透過它而 產生通信。例如，匯流排1 4可包括如所週知的遮蔽式雙絞 線。可將集線器1 6建構成能攜帶乙太網路交通（亦即，與 IEEE-802.3相容的元件）並可讓節點12彼此通信。 雖未顯示，某些節點1 2可透過如在航空電子工業中所週 知的重複備份的（例如，總共2或3個匯流排）匯流排1 4互 連。 圖2為本發明所使用架構之簡單表示。本發明採用一分 時多重存取（TDMA)架構，其中匯流排1 4上的時間參考被 同步成一整體時間參考。該匯流排1 4上的時間參考被分成 複數個匯流排訊框2 2 i，2 2 2，2 2 3，…，2 2 n，代表重覆的 同步事件間（例如，將在以下說明的一初始封包的廣播） 的最大可容許暫時的期間。在一較佳具體實施例中，在該 網路上需要傳輸時間的每一個節點1 2在每一個訊框中將 有至少一次傳輸資料的機會。從圖2中尚可看出，每一訊 框22進一步被分成複數個時槽24!，242..·24η。每一個時 槽2 4代表配置給資料傳輸的時間量始自於一特定節點1 2 被指派至該槽。前述方式可確保每一個節點皆能得到一最 小頻寬以傳輸資料，因為不會有二節點1 2被建構成共享一 碰撞領域内的相同時槽。 在一較佳具體實施例中，設計網路10時即已決定該訊框 期間（亦即，從一訊框2 2開始到下一個後續訊框2 2開始的 週期時間）、時槽數目、每一個槽的大小和每一個時槽的” -15- 200304313 (ίο)

所有權n。此資訊接著被儲存於一時槽指派圖表3 0内（從圖 4可清楚看出）。在每一個訊框2 2開始時即將該時槽指派圖 表3 0傳輸至每一節點1 2，該圖表被包括在稱為初始封包的 一特別封包内，在圖2中以參考號碼26表示。在一具體實 施例中，每一個訊框2 2具有相同的暫時的期間，並且在一 框訊2 2内的每一個時槽2 4皆有相同的暫時的期間。該時槽 指派圖表3 0最好為靜態的，因此經廣播至該節點後仍不會 改變，而減少或消除如在”發明背景π中所述之動態保留要 求系統的缺點，（亦即，在先前系統中成功做出要求的不 確定性，或是由於該要求未被允許，即使在做此保留要求 之後，稍後獲得存取至該匯流排的不確定性）。在每一節 點1 2内執行的此匯流排排程規律及伴隨的整體時間參考 (經由一匯流排節奏單元）能最小化或消除碰撞。此外，在 該整體時間參考被打斷或變得無法取得時，在每一節點1-2 内皆測量訊框時間以致能内部傳輸計時器校準的程序，可 讓匯流排1 4 ”憑慣性滑”數分。 圖3為一簡化的時序圖，圖示本發明之裝置到時槽指派 架構。前述在網路10内之整體時間參考傳輸自一特定節點 1 2，該節點位於被指定為一匯流排節奏單元（BCU)的匯流 排1 4上。實際建立該網路上的時序的節點被稱為該主動匯 流排節奏單元，1 2 BClJ。為了最小化該主動BCU單點失敗的 結果，網路1 0最好包括複數個節點（例如，二或三個），這 些節點被指定並優先列為BCU候選人，以一 BCU選擇協定 確立此節點1 2中的哪一個將，成為該主動BCU(該選擇協定 -16- 200304313 00 詳述如下）。

從圖3也可看出，該主動BCU 12BCl^*建構成在時槽# 1 (代 表一新訊框2 2的開始）内即能傳輸該初始封包。這是參考 所有後續節點傳輸的時候（依校準而定’將詳細說明如 下）。一交替B C U ’以參考5虎碼1 2 a b c u表不’被指派給時槽 2，並在假使該主動BCU 12BCU因某種原因失敗時，被要求 成為網路10内主要的主動BCU。該剩餘的匯流排時槽2 4能 被指派至各別的節點1 2以傳輸資料。應強調的是：對每一 時槽而言，最多只能指派該複數個節點1 2中之一節點給任 何特定的時槽，以在一碰撞領域内傳輸資料。然而，反之 並不成立。任何特定節點1 2可能被指派給一個以上（含） 時槽。亦即，任何特定節點1 2可”擁有，，一個以上（含）時 槽。該指派標示在該指派時槽期間内被允許將封包傳輸到 該網路上的節點1 2的識別。請注意該BCU並不直接控制封 包傳輸。相反地，除了其它參考外，每一個節點12係根據

該初始封包（做為一時脈參考）和上述所提及的該時槽指 派表3 0來控制其傳輸。 圖4詳細圖示一包含在初始封包2 6内的資料結構。初始 封包26執行各種功能。第一個功能是提供一時間參考，所 有其它的節點用該時間參考將自己的資料傳輪同步。在一 較佳具體實施例中，與包含在該初始封包本身内的任何特 定時序資訊、或拍模式等不同，此時間參考乃是從接收該 初始封包2 6的時間中導出。第二個功能是提供哪一個節點 ’’擁有’’訊框22内每一個時槽24的識別。此資訊内含於一時 -17- 200304313

(12) 槽指派表内。這可避免二個以上（含）節點試圖同時傳輸， 而造成在匯流排1 4上產生一碰撞’並影響在匯流排丨4上的 決定論。第三個功能是在匯流排14上要求協定模式改變， 並且將BCU狀態資訊傳遞至該等接收節點。 繼續參考圖4，初始封包2 6内的資料結構包括複數個參 考匯流排屬性（共同以號碼2 8表示）和一時槽指派表3 〇。參 考匯流排屬性2 8包括，但不限於，一網路協定模式3 2，一 訊框時間3 4 , —訊框時間容許3 6，一訊框閃爍（跳動）容許 3 8，一初始超時容許4 0，和一濾波器參數4 2。 使用該參考匯流排屬性2 8以指出該匯流排和錯誤限制 名目上的操作特徵。然後該等節點丨2可能在其個別操作 (包括執行診斷性的操作）中使用參考匯流排屬性。特別 是’可能將這些參考匯流排屬性2 8與對應的已測量匯流排 屬性比較，以執行此診斷。 — 在一已建構的具體實施例中，該網路協定模式32定義網 路10二操作模式中之一。操作的第一模式為一嚴格時槽協 定（tsp)操作模式，第二模式為一非時槽協定（Tsp)操作模 式。該網路協定模式32可包括標示該匯流排14要操作哪一 個模式的資料。原則上，將匯流排14涵蓋於如本發明之時 槽協足（TSP)模式中操作。在該時槽協定（TSp)模式中，將 實施在此所述之該協定、時間同步和傳輸封套保護特色。 然而，在該非時槽協定（TSP)模式中，任何特定節點12 被建構成能經由一單點播（unicast)，群播（multicast)或廣播 封包而對指向它的封包起反應。例如，在資料載入期間， •18- 200304313 封包 單一 有數 即， 訊 框期 表不 訊 的程 許偏 情況 比率 /r/r 一即 訊 前訊 的訊 間， 能產 在 超時 值。 濾 一校 參數 可為早點播（亦即，定址至具有—確定目的地 特別節點）。既蚨锢於 ^ L , k址的 …、、 ……罔路10可包括一架構，該架構可处 個匯/礼排供王/重要系統使用，而剩餘的匯 、匕 那I未用於特歹朱資料載入）則可繼續用於系、 框時間參數3 4可包括定義每一訊框22的名目产八二 間的貝料。或者，參數34也可以一頻率（Hz)或比 。 率來 框時間容許參數36提供一最大測量值如， & 乂 士、 就絕對 度 & 一測量訊框時間對該參考訊框時卩 J叫的可办 差。該訊框時間容許參數36或可以一頻率表亍 谷 下容許參數36係指對參考參數34的最大剛量$頻2該 變異。操作期間，當該容許參數36的值被超過時= 點12被建構成產生一錯誤或一警示。 ° 、每 框閃爍（跳動）容許38提供二連續訊框之間（例如將艮 框所測得的訊框率，以以表示’與先前訊框所測得 框率做比較）的最大可容許偏差的參考值。操作期 當該客許參數3 8的值被超過時，每—個節點被建構成 一錯誤或警告。 尚未接收一初始封包26,在產生一錯誤訊息前，初始 容許40提供一節點會等待的最大可容許時間的參考 波器參數42包括一節點在濾波測量訊框期間以計算 準訊框期間時所使用的資料u體t施例中，該 42包括指示先前訊框數目的資料，經由此資料以計算 -19- 200304313 (14) 一加權平均訊框期間（或率）。細節將詳述如下。 繼續參考圖4，時槽指派圖表3 0包括槽號碼識別資訊 3 4，節點識別資訊4 6，時槽補償資訊4 8 (來自該初始封 包），和槽期間資訊5 0。時槽指派圖表3 0包括複數個紀錄， 有可能訊框2 2内的每一時槽皆有一紀錄。時槽號碼資訊44 為第一欄位，辨識與該紀錄剩餘欄位相關的時槽號碼。節 點識別資訊4 6為第二襴位，提供該節點的識別資訊，更特 別的是，有關辨識裝置1 8的資訊，該裝置”擁有”該第一欄 位内所陳述的相關時槽。在一具體實施例中，節點識別資 訊4 6可包括一與該節點1 2相關的乙太網路位址。在一交替 具體實施例中，該節點識別資訊4 6可包括一網際網路協定 (IP)位址。 時槽補償資訊4 8為第三欄位，包括代表一時槽補償的資 料，在一具體實施例中，該資料的取得與該初始封包2:6 的接收有關（亦即，從該訊框的開始）。該補償，實際上， 定義一節點在該訊框開始之後到它被允許在匯流排1 4上 傳輸之前必須等待多久。 槽期間資訊5 0為第四攔位，包括標示圖表3 0内該紀錄的 時槽的槽期間的資訊。在一具體實施例中，在一訊框22 内的每一時槽2 4可具有一相等期間。然而，在一交替具體 實施例中，則可能指定該槽期間，以便根據一時槽每時槽 的基礎建立寬度不同的槽。 應瞭解初始封包2 6内的前述資訊本質上僅為範例，而非 用於限制。例如，在一具體實施例，其中一訊框2 2内的每 -20- 200304313

(15) 一時槽2 4的槽期間是相同的，知道該固定的槽期間，只要 该目的地節點可被建構成能根據該時槽指派和一校準訊 框期間來計算其補償，則可隨選省略欄位4 8和5 〇。 圖5為如本發明一時槽協定（TSP) 5 2簡化的’，層，，圖。可以 軟體、硬體或兩者之組合的方式將時槽協定（TSP)52實現 在每一節點12上。圖5圖示一實體層（可為乙太網路），〜 媒體存取控制（MAC)層，一網路層，一傳輸層，和一最上 面的應用層。如本發明之時槽協定（TSP)52包括一協定處 理單元應用軟體54，和一時槽協定（TSP)調節器68。在〜 較佳具體實施例中，可以軟體方式實現協定處理單元5 * , 而以硬體方式實現調節器6 8 (亦即，以確保來自該節點的 傳輸僅在該正確的時槽發生）。調節器5 6被建構成能執行 一節點的傳輸封套，將更詳細說明如下。該協定處理單元 5 4執行各種功能，包括產生初始封包2 6。 〜- 圖6圖示如本發明之包裝架構57。在一具體實施例中， 當一應用程式（在一節點丨2執行）產生應用資料，它可能被 包裝在標準使用者資料段協定（UDp)/網際網路協定（IP)/ 乙太網路封包内。此過程圖示於圖6。應瞭解該使用者資 料段協足（User Datagram pr〇t〇c〇i，UDp)、該網際網路協定（IP) 和乙太網路的媒體存取控制（MAC)協定層，皆為熟諳此藝 者所週知，因此將不再詳述。在這方面，該初始封包2 6 被視為由協定單元54所產生的，，應用，，資料。該初始封包26 將受到圖6的包裝機制的影響。 圖7更詳細圖示如本發明之裝置“和界面卡2〇(一起組 -21 - (16)200304313 成一節 要記憶 構成能 行時槽 元54的 也可被 的其它 界面 1 8存取 輸封包 時槽協 72 0 點12)。裝置18可包括—主要處理器單元5 一 體60和一區域匯流排64。該元件Μ、和68、一王 經由儲存在記憶體60内的 64可被建 Ά的路你工袖 協定（TSP)52的功能性，锆卽β — 仏而執 特別疋包括該協定處理 功能性，所有的功能皆如本文所述。炊而處理早 建構成能執行各種其它應用程式，以、：置" 功能（除了本發明的通信協定之外）。 8 卡2 0提供一介面至匯尹 w排1 4，並被建構成 網路10，以在一個以上 牝成裝置 上（含）被指派的時槽期間内傳 。界面卡20包括一媒體左 、 知存取控制（mac)單元66，一 足（TSP)調節器68，〜實蝴uliv、人 月豆（PHY)介面7〇和一變壓器 媒體存取控制（MAC)66被建摄Λ处…上、 &漫構成能從接收資料線74接 收來自該網路10的進入封包’並除去媒體存取控制(叫 層標頭等’以回復該基本封包（亦即，圖6的相反機制）。 該調節器68監視該接收資料線74，以將封包戰記時間（將 詳述如下）。媒體存取控制（MAC)66也包括一傳輸資料線 76，被建構成能輸出朝向網路1〇的傳出資料封包，而該封 包係源自協定處理單元54。媒體存取控制（MAC)66依圖6 方式將此原始的封包加以包裝。媒體存取控制（mac ) 6 6可 包括先前技藝已知之傳統元件。 在較佳具體實施例中，以硬體方式提供調節器6 8，應 瞭解將說明之1周節器6 8功能亦可以軟體方式實現，但其決 定論部較低。時槽協定（Tsp)調節器68被建構成能促進測 -22- (17) (17)200304313

f Λ框期間’孩訊框期間能算出一校準訊框期間，以改良 同步的正確性。碉節器6 8尚被建構成能在該節點的傳輸封 套’、月間（如已校準的）經由計時器等來控制將封包傳輸至 $亥網路上。此外，— 此外’凋郎器6 8亦可被建構成能以硬體方式執 行以傳輪封套。如圖7所示，調節器6 8包括一獨立的時脈 7 8 ’ —構件或電路8 〇，用於將進入該節點的封包戳記時 ^ 間隔计時洛8 2 ; —槽補償計時器8 4 ; —槽計時器8 6 ; 十寺一預數量8 7 ; —硬體通過閘8 8和一時槽協定狀態 90 ° 凋即器68係耦合至媒體存取控制（MAC)66，並被建構成 月匕根據進入的封包來促進測量訊框期間。在這方面，時間 戳记構件80被建構成能戳記媒體存取控制（mac)66所接 收的每封包的時間。調節器6 8可將該經時間戳記的初始 封包2 6 ’或至少與後續初始封包2 6相關的經時間戳記的資 汛、·’二由區域匯流排6 4傳送至協定處理單元5 4。然後協定 層處理單兀54可被建構成能比較該等時間戳記，以便測量 一釩框間隔。特別是，若所接收到的封包為一初始封包 26，則協定處理單元54被建構成能提取調節器時間戳記 (與所接收初始封包2 6有關）並儲存該值。當媒體存取控制 (MAC) 6 6接收下一個初始封包26，該封包也會被調節器 渭取並且诚圮時間。該協定處理單元5 4 (亦即，該時槽協 足（TSP)層軟體）以數個後續初始封包的時間戳記之間的 差異做為该匯流排訊框間隔的測量值。該測量訊框間隔被 處理單兀5 4以過去所測得的訊框間隔值濾波，以移除任何 -23- 200304313 (is) 測量閃爍（跳動）。然後調節器6 8可使用該校準訊框間隔。 貫際上’在該節點的訊框間隔响塔計數（tick c〇unt)和該校 準訊框間隔（亦即，最新的已同步嘀嗒計數）之間任何差異 的.程度被驅動至0。該校準訊框期間的用法將詳細說明如 下。在一具體實施例中，時間戳記構件8 0可包括一可程式 的計時器。該計時器預數量8 7被調整成能將該界面卡時間 和網路時間之間的差異最小化。 調節器6 8尚包括構件，在該被指派的一個以上（含）時槽 期間’使用杈準槽補償和杈準槽期間值來控制封包傳輸至 該網路10。用於控制此傳輸的構件包括該間隔計時器82， 補償計時器8 4和槽計時器8 6。該間隔計時器8 2被建構成能 與該初始時間一起載入。該槽計時器8 6被建構成能與該校 準槽期間一起載入，也請參考上述（並將詳細說明如下）。 應發生該初始時，該間隔計時器8 2被建構成能產生一信· 號，該信號被饋入補償計時器8 4。當該槽時間啟動/主動 時，該媒體存取控制（MAC) 66可在其槽期間内傳輸。 通過閘8 8需要該傳輸致能信號8 4和傳輸封套信號8 6二 者皆輸出為高電位，以便在其第三輸入終端上傳送進入的 資料。 奋亥槽岭時斋8 6與或補信计時為8 4 ' 起運作，並且替裝置 1 8 ”所擁有的”該該時槽期間產生或插入一輸出信號。因此 間隔計時器82和槽計時器86合作以產生一傳輸封套，該封 套被改造成能控制傳輸至匯流排丨4上在媒體存取控制 (MAC) 66的傳輸資料輸出線76上所產生的封包。這可控制 -24- (19) (19)200304313

僅在該被指派的一個以上（含）時槽期間 叫内才能存取至該

網路10。該間隔計時器82和槽計時器86遝你4L 逆作杈準時序參數 的停止’確保該各種裝置18之間適當的同步以透過各別界 面卡2 0镇合至匯流排1 4。因此，例如，假設媒體存取控制 (MAC) 66在該指派時槽結束後仍在往匯流排14的傳輸資 料線7 6上繼續產生傳出封包，閘極8 8將產生作用以阻礙此 傳輸，只要該傳輸致能信號將被補償計時器8 4和/或槽計 時器8 6停止。允許傳輸至匯流排1 4的期間在此被視為該傳 輸封套（TX ENVELOPE” 時槽協定（TSP)狀態方塊90被建構成能顯示是否媒體存 取控制（MAC)66在一限制時間内已試圖傳輸至匯流排14 上。 簡言之，調節器68提供各種功能，包括（i)將所有接收 到的封包戳記時間的功能；（i i)只有在被指派的時槽期間-才致能在匯流排14上的傳輸（經由硬體）；（iii)將每一資料 傳輸加以時序化（在一個或多個時槽内）並於不再允許來 自媒體存取控制（MAC) 66的資料傳輸（經由硬體）時，終止 此傳輸；（iv)測量訊框間隔（亦即，初始封包26間的時間）； (v)提供時槽協定（TSP)狀態，包括顯示是否媒體存取控制 (MAC)66曾試圖從其被指派的時槽中傳輸：及（vi)提供一 即時計數器，將用於規劃傳輸。 圖8為一流程圖，圖示如本發明之整個基本方法。 步驟92包括指派一個以上（含）時槽給每一個在網路10 上的裝置。為了確保決定論的存取至該網路，在一碰撞領 -25 · 200304313 (20) 域内不會指派二個以上（含二個）裝置的給任一特別時 槽。最好在設計網路1 0時即執行步驟9 2，並且可包括使用 以電腦執行的工具來協助人類使用者決定該等時槽指派 及產生一時槽指派圖表3 0。該方法接著進行至步驟9 4。 在步驟9 4，網路1 0進入一啟動階段。與此階段特別有關 的是一匯流排節奏單元（BCU)的自我選擇。如上述，有可 能會有數個節點1 2具有一匯流排節奏單元（BCU)能力。一 般來說，具有一般處理能力的任一節點1 2能主控該相當簡 單的匯流排節奏單元（BCU)控制軟體，除了其它軟體外， 該軟體將圖4的資料結構格式化成一封包。設計網路10 時，能執行該匯流排節奏單元（BCU)功能的複數個節點1 2 即被指派為候選匯流排節奏單元（BCU)(例如，一般為二或 三個）。在一具體實施例中，會指派每一候選匯流排節奏 單元（BCU) —獨特的優先順序。啟動時，每一候選匯流排 節奏單元（BCU)將注意一初始封包。候選匯流排節奏單元 (BCU)接收到一初始封包時，會變成一正常節點（亦即，不 是一匯流排節奏單元節點）。若未接收到一初始訊息，則 將（依上述之獨特優先順序）依序扮演一匯流排節奏單 元，並開始傳輸一初始訊息。經由前述過程，能確保網路 10會有一匯流排節奏單元設定網路時序。此外，在網路10 内包括數個候選匯流排節奏單元（BCU)能進一步控管該 主動匯流排節奏單元（BCU)在執行時的失敗。數個候選匯 流排節奏單元（BCU)，在實際上，提供一重複備份管理系 統。因此，該網路具有偵測.一匯流排節奏單元（BCU)失 -26- 200304313

(21) 誤，以及指定另一節點成為 的能力。該方法接著進行至方塊9 6。 在方塊96，該主動匯流排節奏單元（BCU)將一初始封包 2 6廣播至網路1 0上的節點1 2，該初始封包2 6包括該時槽指 派圖表3 0。如上述，初始封包2 6包括應用層資料，意即， 在一具體實施例中，可使用標準UDP/IP/乙太網路格式（請 參考圖6的包裝步驟）傳輸該初始封包2 6。從一網路協定的 觀點來看，用於該初始封包2 6的資料與在網路1 〇上傳輸的 任何一其它應用層封包無異。初始封包2 6為一廣播封包， 定義並辨識每一訊框22的第一時槽24。這可讓在網路1〇 上的所有節點1 2實質上同時接收初始封包26。如上 收節點的媒體存取控制（MAC)66在接收資料線74 該初始封包26,並且將它傳送至處理器5卜時槽協定 調節器68也在接收線74上接收數個封包，並被建構 確地辨識並戳記每一初始封包26的時間。該程序二 至步驟98，100，1〇2和1〇4(節點處理卜 進行 步驟98到1〇4與發生於各個節點 驟98,該接收節點(透過時槽協定(T:)調= 理單元54)被建構成能偵測在讀 p P洛68和協定處 是，為了相容性的原因檢查各種的各種錯誤。特別 外，還包括-超時錯誤， 並除了其它錯誤 框閃爍（跳 個節點12將下述 封包26的接收方面，以偵測 广-應用於每-個初始 ’奏單元(BCU)、匯流 動）錯誤。每一柄外一·…… ’ 3成和—訊框Μ、 排或接收異常 -27, 200304313 (22) 首先，若節點1 2在該初始超時容許4 0所定義的時間内未 接收到一初始封包2 6，則節點1 2產生一初始超時錯誤。其 次，如本發明的每一節點1 2需要測量接收連續數個初始封 包（’’測量訊框間隔’’或’’測量訊框比率’’）間的時間間隔。若 最近所接收到的初始封包2 6的測量訊框間隔和該預期訊 框間隔間差異的絕對值大於該訊框時間容許參數3 6，則將 節點1 2建構成能產生一頻率錯誤。在這方面，應瞭解頻率 和間隔為互可替代的術語。亦即，透過該訊框間隔時間的 倒數可決定該訊框頻率或比率。應強調的是：由於該頻率 錯誤係根據一絕對值的關係，（i) 一拉長的訊框間隔，或（ii) 一縮短的訊框間隔，這二種超過該訊框時間容許參數3 6 的名目間隔的變動皆會產生上述錯誤。第三，檢查閃爍（跳 動）容許。特別是，若二連續測量訊框間隔内的差異大於 該訊框閃爍（跳動）容許參數3 8，則將產生一閃爍（跳動）錯-誤。每一節點會在訊息中報告這些異常情況，再加上任何 其它所接收到的資料異常，做為經常資料傳輸的一部份。 一頭尾節點可被建構成能使用這些各式訊息，根據所有節 點的共識將整體匯流排健康狀態公式化。若未發現任何上 述錯誤情形，則進一步處理最近測量的訊框間隔。該創新 方法進行至步驟100。 在步驟100，每一接收節點1 2，例如，透過協定處理單 元5 4，決定各種校準參數。在步驟100，使用一”平均”訊 框間隔決定一校準比率。決定該校準比率的步驟包括以下 子步驟：根據最後一個K測量訊框間隔計算一”平均”測量 -28- 200304313 訊 從 並 閃 間 框 處 成 (23) 框間隔，其中1C為來自該初始封包26的濾波器參數42， 圖4中可清楚看出。應瞭解”平均，，可能具有各種意義， 不僅限於一簡單數字平均。該濾波的目的是要移除測量 爍（跳動）。然後根據以下之方程式（1)決定該校準比率。 (1)校準比率=平均測量訊框間隔/訊框時間 該”訊框時間”代表方程式r、 、打 式（1)為該名目的指定訊框時 ，如在訊框時間參數3 4戶斤- 1不，圖示於圖4。 在步驟1 02，節點1 2透過、 τ切疋處理單元5 4決定一校準訊 間隔（CFI)，一校準槽時 $補償和一校準槽期間。協定 理單元54透過以下所示々、 &万程式（2)，（3)和（4)的計算達 前述功能。 到 提 圖 理 間 將 沒 期 (2 )权準訊框時間=校準匕 (3) 校準槽時間補償=校_ (4) 权準槽期間=权準比率 方程式（2)所提及之"訊拇 的初始封包2 6實際剛量的 及的該槽時間補償和措爲 表3 〇内指派給該節點的〜 發生於該節點。 ♦ X訊框時間 It率X槽時間補償 x槽期間 一 時間’，代表根據該最近所接收 訊框時間。方程式（3 )和（4)所 間參數係分別取自時槽指派 個或數個時槽，該所描述的處 該節點使用前述校準爻^ ^數以決定其傳輸槽和傳輸期 。該師點需跟隨其所配智 夏的網路存取時間。此校準機制 網路10上所有的節颭同水 存取f ^ 少。一旦網路同步穩足了，即使 有一匯流排節奏旱元（Rr>T ClJ)，該網路仍可持續運作一段 間，其精確度與該即點、 訊框間隔測量值和數個槽之間 ，29- 200304313

(24) 所指定的時限一致。該時限敘述如下，但其本質係做為每 一時槽的開頭和結尾處的守護帶。若該主動匯流排節奏單 元（BCU)失敗，則前述之穩定性能讓該網路有充裕時間轉 換成一交替匯流排節奏單元（BCU)。該方法然後進行至步 驟 1 0 4 〇 在步驟104，根據該校準時槽補償和期間，只有在該被 指派的時槽期間内，該節點才能容許經由時槽協定（TSP) 調節器6 8存取至網路1 0。如上述，該校準參數被載入調節 器6 8内的各種計時器，該等計時器能執行節點的傳輸封 套。該方法然後迴圈，並且從步驟9 6開始重覆該程序。 圖9為一簡化的時序圖，圖示匯流排訊框2 2，時槽2 4和 一特定時槽的時序安排之間的關係。圖9上方圖示數個訊 框22ι，222和223。每一訊框22始於一初始封包26。圖9中 間有一擴大的單一訊框2 2，其中圖示複數個嘀嗒以標示該 個另U時槽24ι，242，243，244，…，24n。圖9下方詳細圖 示一單一時槽24。圖9也圖示一守護帶106，時鐘（脈）閃爍 (跳動）108，一使用者資料包110，一封包間隙（IPG)112和 另一守護帶10 6。 在每一時槽2 4的開始和結束時插入守護帶106。守護帶 106定義一未發生資料傳輸的時間間隔。守護帶106也能讓 時鐘（脈）閃爍（跳動）108產生預定的量，而不會干擾該使用 者資料封包110的傳輸。也應注意如本發明之該時槽協定 會觀察該標準乙太網路，封包間隙112。據此，只要有觀 察到其它的時序限制（例如，，守護帶），是可能在單一時槽 -30- 200304313 (25) 内傳輸數個（例如，二個）封包的。 繼續參考圖9，本發明之一觀點有關經由該網路改良該 資料傳輸的同步。在一配置時槽内有數個會造成資料的時 序閃爍（跳動）的因子，這些因子若持續未更正，將造成同 步失敗。將依序說明每一因子，並進一步描述本發明如何 將此閃爍（跳動）最小化和/或移除。

時序閃爍（跳動）之一來源係與時脈頻率變化有關。例 如，獨立的時脈7 8 (從圖7可清楚看出）可包括一市售之時 脈振盪器，其容許為50 ppm3或更小。因而該網路10的各節 點間產生的時脈差異可導致整體變異像一 100 ppm3 (亦 即，加和減50 ppm3) —樣高。在此場景下，節點間的時脈 差異（在該100 ppm3差異）可能如4微秒（microseconds)—樣久 (假設一 20微秒初始訊框間隔）。如本發明，時槽協定（TSP) 調節器6 8包括一可程式化計時器8 7，可被建構成能降低二— 節點之時序差異至每一訊框小於1微秒。前述之時脈變異 可視為部份的（且次加總低於）守護帶106，除有例外否則 不會減少在該匯流排上的資料頻寬。然而，所降低的閃爍 (跳動）將避免或減少若一匯流排節奏單元（BCU)失敗將會 發生的節點漂移。否則，可能會產生至少2.5秒的碰撞。 然而，有了該時槽協定（TSP)調節器68，以及該計時器預 數量8 7對該校準訊框間隔的更正，可在缺乏一般初始封包 的情況下延長該匯流排的運算。 該軟體多快反應的變化為數個節點間時序差異的另一 因子。在這方面，至少有二元件：第一，接收和解碼初始 -31 - 200304313

(26) 封包2 6的反應，和第二，對一計時器中斷以激發一超出界 限資料封包的傳輸的反應。 接收/解碼和中斷（干擾）/輸出的通路延遲次數可被視為 常數。然而，任何特定反應之間的差異可歸因於該裝置 1 8 (例如，處理器5 8 )在當時可能執行的其它任務，該任務 可能會延遲對已接收/已解碼封包反應和中斷（干擾）/輸出 封包的反應。例如，裝置1 8可搞合至數個匯流排，且延遲 的來源之一可能與該裝置正服務二個以上（含）其它匯流 排有關。例如，一航空電子工學具體實施例中，可能使用 一個雙或三匯流排以容許重複備份的互連。因此，此情況 實際上是可能的。 如本發明，調節器6 8包括時間戳記構件8 0，將所接收到 的封包戳記時間。該協定處理單元54(亦即，在該應用層 内的時槽協定（TSP)軟體驅動器）使用初始封包26上的時_ 間戳記，以計算與該軟體反應有關的”延遲”，並將它從該 補償時間（用於決定在該使用者時槽期間内要傳輸的時間） 中移除。因而調節器6 8所執行的時間戳記特色本質上即消 除了處理初始封包2 6時的軟體反應變異。 同時，可能使用該可程式化計時器8 7以激發匯流排1 4 上的使用者資料傳輸。沒有了調節器6 8 (亦即，在僅執行 一軟體的實例中），可用以下方式控制因不可預測要服務 一、二或更多匯流排（並執行其它任務）而產生的變化。可 將該協定處理單元5 4建構成進一步延遲其傳輸時間至該 被指派時槽（亦即，低於該守護帶之下，若有需要，並減 -32- 200304313

(27) 少傳送資料的量）。此種對軟體變化的動態 _ 網路的整體性（亦即’該決定論的存取特徵），而非允許一 固定的期間時槽’否則的話可能與_被指派或為另一節點 1 2所’’擁有”的時槽重疊，而導致_磁撞。 圖10圖不本發明之各種特色如何提供容錯。特別是，經 由一匯流排健康狀態（在圖10中圖示為匯流排健康狀態 120)來提及並報導網路10的數個運作觀點。本發明的硬體 和軟體元件一同運作以偵測錯誤、報告該匯流排健康狀 態、並使用時序測量以校準該傳輸計時器。圖1〇圖示該參 考匯流排屬性28，槽補償和槽期間參數48和5〇(來自該時 槽指派圖表30)，皆從圖1〇的右側輸入。圖1〇尚圖示一普 通市售乙太網路方塊114;該時槽協定（TSp)調節器68(於圖 7中已詳細解釋）和協定單元（時槽協定（Tsp)軟體，在該 協疋单兀内包括該初始解碼118 ;健康檢查116 •，時脈校準 122及激發該資料傳輸的，，傳送至媒體存取控制，，方塊m 、提供該匯流排屬性28做為輸入至該健康檢查ιΐ6，以做 =上述（圖4)之初始超時、頻率和閃爍（跳動）錯誤偵測的 谷"午值將所偵測到的錯誤提供給該匯流排健康狀熊 120。每一節點將此錯誤（在該匯流排健康狀態120内）透2 傳輸匯心排健康封包而告知在網路工〇上的其它節點 1 2。凋度一匯流排重複備份管理應用程式，以便在該網路 1〇一個以上(含)所選擇的節點内執行。該重複備份管理應 :H色疋接收來自每一個節點的匯流排健康狀態，對該 寺報導郎點的整體匯流排健康形成一共識(並且於有需要 -33- 200304313 (28) 時，將此觀點與其它節點上執行的其它重複備份管理應用 一起調解），並將此健康回報給所有該等節點。然後可能 會依需要做適當的反應（例如，指定一不同節點做為該主 動匯流排節奏單元，切換至一不同匯流排，或其它行動， 以維持該整體網路10的運作）。 圖表1提供如本發明不同實現之比較。第一個實例圖示 一實現之基本參數，該實現之訊框率為50 Hz，可供40位 使用者。其它實例標示：該訊框率或使用者人數二者中有 一項改變時，對最大資料大小和最大匯流排產出率的影 響。 圖表1 參數 實例 單位 1 2 3 訊框率 50 75 50 Hz 最大使用者人數 40 40 100 slots 槽長度 500 330 200 usee 守護帶 40.4 40.4 25.4 usee 封包内間隙 9.6 9.6 9.6 usee 總槽隙 50 50 35 usee 訊息時間/槽 450 280 165 usee 相等(同)資料/槽 562 350 206 bytes 時槽協定(TSP)表頭 54 54 54 bytes 時槽協定(TSP)使用者狀態 4 4 4 bytes 時槽協定(TSP)使用者序號 1 1 2 bytes 最大使用者資料/槽 504 292 148 bytes -34- 200304313 (29) 初始標頭 54 54 54 bytes 初始匯流排控制 7 7 7 bytes 初始使用者圖表 120 120 300 bytes 總初始訊息 184 184 364 bytes 槽/初始 1 1 2 slots 使用者Α429字組/槽 126 73 37 A429 words 最大時槽協定(TSP)產出率 8.06 7.01 5.92 mbps 最大乙太網路產出率 8.94 8.42 7.36 mbps

請瞭解該最大時槽協定（TSP)產出率係根據相等的槽數 和使用者總人數計算而得。應進一步瞭解該最大乙太網路 產出率係根據使用者和訊框率，包括IPG和該乙太網路標 頭計算而得。

如本發明，一時槽協定在設計時即已將來自節點的傳輸 排程，透過指派獨特的數個時槽至一（交）互惠匯流排訊才ΐ 内的每一節點。一匯流排節奏單元（BCU)廣播一 π初始”訊 息（於每一匯流排訊框開始時傳送）。該初始訊息包括節點 槽和數個期間指派。該等節點測量初始訊息間的期間，並 校準控制該傳輸封套的永恒時間計數。一旦設定該節奏， 校準即可讓該匯流排”憑慣性滑”而不需一匯流排節奏單 元（BCU)。數個節點可根據校準訊框時間間隔（指派給時槽 和槽期間）進一步決定其傳輸封套。可指定數個匯流排節 奏單元（BCU)至一匯流排，以消除任何可能影響該網路長 期運作的單點失敗。最後，根據節點健康共識，透過實現 數個具有系統位準重複備份管理的匯流排而達成容錯。 -35- 200304313 (30) 圖式簡單說明 熟諳此藝者可從以下之詳細說明和所附圖式（以實例方 式來描繪而非限制本發明）中，更加了解本發明的其它觀 點，特色和優點。 圖1圖示如本發明之一計算機網路簡化方塊圖，該網路 包括各種節點，每一個皆具有一裝置和一相關的界面卡。 圖2圖示時槽與訊框的關係之簡化時序圖。 圖3為一以在該網路上的節點圖示時槽”所有權”的簡化 時序圖。 圖4為一資料結構之簡化圖示，除了其它結構外，包括 一時槽指派表。 圖5為一簡化的、一層接一層的圖，圖示本發明之一具 體實施例與標準I S Ο層的範例關係。 圖6圖示如本發明之應用資料包裝之概要圖。 一 圖7為一方塊圖，更詳細圖示圖1一節點之界面卡和裝置 部份。 圖8圖示如本發明操作一網路之方法流程圖。 圖9為時序圖，圖示本發明之同步特色。 圖10更詳細圖示如本發明之錯誤偵測和報導。 圖式代表符號說明 10 網路 12ι，122,123···，12η 節點 1 2bcu 節點作為一匯流排節奏單元 1 2Abcu 節點作為一交替的匯流排節奏單元 -36- 200304313 (31) 14 匯流排 16! > 162 ^ 163 集線器 18 裝置 20 界面卡 22ι，222,223，··.，22ιί 24ι，242，···，24π 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 匯流排訊框 時槽/匯流排時槽 初始包 參考匯流排特質（屬性） 時槽指定表 網路協定模式 訊框時間/訊框時間參數/參考參數/槽 號碼辨識資訊 訊框時間容許參數 訊框閃爍（跳動）容許/訊框閃爍（跳動） 容許參數 初始超時容許 濾波器參數 時槽號碼資訊 節點辨識資訊 時槽補償資訊/槽補償和槽期間參數 槽期間資訊/槽補償和槽期間參數 -37- 50 (32) 時槽協定 協定處理單元應用軟體/協定層處理單 元/協定單元（T S P軟體） 調節器 包裝架構 主要處理單元/元件 主要記憶體/元件 區域匯流排/元件 媒體存取控制（MAC)單元 時槽協定（TSP)調節器 實體（PHY)介面 變壓器 - 接收資料線 傳輸資料線/傳輸資料輸出線 獨立（分離）的時鐘（脈）（時脈） 時間戳記構件或電路 間隔計時器 槽補償計時器 槽計時器/傳輸封套信號 計時器預數量/可程式化計時器 硬體通過閘 -38- (33) 時槽協定狀態/時槽協定（TSP)狀態方塊 指定步驟 開始步驟 方塊 錯誤偵測步驟 決定校準比率步驟 產生校準訊框期間步驟 控制存取步驟 守護帶 時鐘（脈）閃爍（跳動） 使用者資料封包 封包間隙（IPG) — 乙太網路方塊 健康檢查 初始封包解碼方塊 匯流排健康狀態 時鐘（脈）（脈）校準確（定標）方塊 送至媒體存取控制方塊 -39-

Claims (1)

1. 200304313 拾、申請專利範圍 1. 一種操作一網路之方法，該網路具有複數個裝置耦合 至一共享匯流排，該方法包括傳輸一初始封包的步 驟，該初始封包標示一訊框的開頭，其中該訊框具有 複數個時槽，並且其中該初始封包包括該等時槽至裝 置的指派，以及每一時槽指派的時槽補償和時間槽期 間資訊。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，尚包括使用該初始封包 内的資訊以決定在每一裝置内傳輸時間的步驟。 3 .如申請專利範圍第2項之方法，尚包括在位於一訊框内 之複數個時槽中的一時槽期間内，使用一頻率校準參 數來控制存取至該共享匯流排的步驟，得自測量訊框 期間之頻率校準參數被建構成能調整至少一傳輸計日f 器。 4.如申請專利範圍第1項之方法，尚包括以下步驟： 在一碰撞領域内，最多只能指派該複數個裝置中的 一裝置給每一時槽，其中該等指派標示一裝置的識 別，該裝置被允許在該指派時槽期間内將封包傳輸至 該網路的共享匯流排上； 定義一包括該等時槽指派的圖表，該圖表尚包括每 一時槽的時槽補償和槽期間資料； 同時將該圖表經由該網路的共享匯流排傳送至該初 始封包内該複數個裝置中的每一裝置。 5 ·如申請專利範圍第3項之方法，其中該頻率校準參數包 200304313

   括一校準比率，該控制步驟包括以下子步驟： 使用該測量訊框期間和一預選訊框期間的加權平均 來決定該校準比率； 使用來自該圖表之校準比率和時槽補償以產生一用 於該複數個時槽之一的校準時槽補償；及 使用來自該圖表之校準比率和該槽期間以產生一用 於該複數個時槽之一的校準槽期間。 6 ·如申請專利範圍第5項之方法，尚包括以下步驟： 根據該校準時槽補償和該校準槽期間，在該一時槽 期間將封包傳輸至該網路的共享匯流排上。 7 .如申請專利範圍第6項之方法，其中該傳輸步驟與乙太 網路相容。 8 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中該傳輸步驟包括以 下子步驟： ^ 藉由與該一時槽相關的裝置，使用硬體閘邏輯來限 制封包的傳輸。 9 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中在該網路上每一裝 置在各別相關時槽期間内執行該控制步驟。 10. —種供一裝置存取至一網路共享匯流排之界面卡，用 於在一或多個時槽期間内傳輸封包，該等時槽係選自 定義一訊框之複數個時槽，並被指派給該裝置，該界 面卡包括： 一實體介面裝置（PHY)單元，被建構成能從該匯流排 接收傳入封包，該PHY進一步被建構成能輸出傳出封 200304313

   包； 一媒體存取控制（MAC)單元； 一調節器，耦合至該實體介面裝置和該媒體存取控 制； 一協定單元，被建構成能在每一訊框期間内處理一 初始封包，由標示每一訊框開頭之初始封包的裝置接 收，該初始封包具有一圖表，包括（i)位於該匯流排上 複數個裝置的複數個時槽指派，（ii)每一時槽指派的一 時槽補償，以及（iii)每一時槽指派的一時槽期間；及 其中該調節器被建構成能根據該時槽補償和期間資 料，控制該傳出封包在該被指派的一或多個時槽期間 内傳輸至該匯流排。 11 ·如申請專利範圍第1 0項之界面卡，其中該網路包括一匯 流排節奏單元（BCU)，被建構成能傳輸該初始封包。~ 12. 如申請專利範圍第10項之界面卡，其中該調節器包括用 於戳記每一接收封包的時間之構件。 13. 如申請專利範圍第12項之界面卡，其中該實體介面裝置 (PHY)與乙太網路相容。 14. 如申請專利範圍第10項之界面卡，其中該時間戳記構件 包括一可程式化計時器。 15. 如申請專利範圍第11項之界面卡，其中該協定單元包括 用於測量訊框期間之構件，對連續的初始封包做個別 時間戮記。 16.如申請專利範圍第1 5項之界面卡，其中該協定單元尚 200304313

   包括能根據複數個測量訊框期間計算出一加權平均初 始封包訊框期間之構件。 17. 如申請專利範圍第1 6項之界面卡，其中該調節器被建 構成能以一頻率校準參數控制存取至該匯流排，該參 數被建構成能調整一傳輸計時器。 18. 如申請專利範圍第1 7項之界面卡，其中該校準參數包 括一校準比率，該協定單元尚包括根據該加權平均初 始封包訊框期間和一預定訊框期間來決定該校準比率 之構件。 19. 如申請專利範圍第1 8項之界面卡，其中該協定單元尚 包括用於計算（i) 一校準時槽補償，使用選，自該圖表之 校準比率和一槽補償和（ii) 一校準時槽期間，使用選自 該圖表之校準比率和一槽期間之構件。 20. 如申請專利範圍第1 9項之界面卡，其中該調節器包哀 在該被指派的一或多個時槽期間内，以響應該已校準 的時槽補償和該已校準的時槽期間，而控制數個封包 傳輸至該匯流排之構件。 21. 如申請專利範圍第2 0項之界面卡，其中調節器包括一 閘，用於將該傳出封包傳送至該實體介面裝置（PHY)而 至該匯流排，只有在該被指派的一或多個時槽期間， 如所決定的，該校準槽補償和該校準槽期間，因而增 強嚴格決定論的存取至該匯流排。 22. 如申請專利範圍第2 1項之界面卡，其中該控制構件包 括（i) 一槽計時器，被建構成能與該校準槽期間一起載 200304313 _ 入，及（ii)一補償計時器，被改造成具有該校準槽補償。 23. —種供一裝置存取一網路共享匯流排之界面卡，用於 在一或多個時槽期間内傳輸封包，該等時槽係選自定 義一訊框之複數個時槽，並被指派給該裝置供傳輸， 該界面卡包括： 一實體介面裝置（PHY)單元，被建構成能從該匯流排 接收傳入封包，該實體介面裝置（PHY)進一步被建構成 能輸出傳出封包； 一媒體存取控制（MAC)單元； 一調節器，耦合至該實體介面裝置和該媒體存取控 制； 一協定單元，被建構成能根據包含在初始封包内， 在每一訊框開頭所接收到的資料，而產生一傳輸保護 封套信號；及 其中該調節器尚包括一通過閘，被建構成能根據該 傳輸保護封套信號，而選擇性地使該傳出封包不會傳 輸至該被指派的一或多個時槽之外的匯流排，。 24·如申請專利範圍第23項之界面卡，其中該實體介面裝 置（PHY)與乙太網路相容。 25· —種供一裝置存取一網路共享匯流排之界面卡，用於 在一或多個時槽期間内傳輸封包，該等時槽係選自定 義一訊框之複數個時槽，並被指派至該裝置，該網路 包括一匯流排節奏單元（BCU)，被建構成能在該訊框期 間内傳輸一初始封包，該初始封包包括時序資訊和至 200304313

   少一參考匯流排屬性，該界面卡包括： 一媒體存取控制（MAC)單元，被建構成能從該匯流 排經由一實體介面裝置（PHY)而接收進入封包，該媒體 存取控制尚被建構成能輸出朝向該匯流排的傳出封 包；及 一耦合至該媒體存取控制之協定單元，並被建構成 能處理該進入封包，並產生對應於該參考匯流排屬性 的至少一測量匯流排屬性，該協定單元並進一步被建 構成能根據該參考匯流排屬性和該測量匯流排屬性， 而產生一標示該匯流排情況的訊息。 26. 如申請專利範圍第2 5項之界面卡，其中該參考匯流排 屬性係選自以下各群中，包括一初始封包超時屬性、 一訊框比率屬性、一頻率容許屬性、一閃爍（跳動）容許 和一滤波器屬性。 27. 如申請專利範圍第2 6項之界面卡，其中該進入封包經 該協定單元處理，而從該等初始封包產生測量匯流排 屬性。 28. 如申請專利範圍第2 5項之界面卡，其中該媒體存取控 制與乙太網路相容。