Um-bus總線通道故障檢測控制器及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設及一種總線通道故障檢測控制器及檢測方法，特別地，設及UM-BUS總線 通道故障檢測控制器及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動態(tài)可重構(gòu)高速串行總線扣M-BUS總線）是一種能夠?qū)⒏咚偻ㄐ排c冗余容錯有 機統(tǒng)一，具有遠程擴展能力的高速串行總線。它基于M-LVDS(MultipointLowVoltage DifferentialSignaling,多點低電壓差分信號）信號傳輸方式，采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)；通 過多通道并發(fā)方式可提供高達6.4Gbps的通信速率；通過多通道的動態(tài)重構(gòu)能對多個總線 與節(jié)點故障進行容錯；具有遠程存儲訪問能力，可W為嵌入式系統(tǒng)的遠程擴展提供強有力 的支持；具有鏈路狀態(tài)自檢功能，能夠?qū)偩€通道健康狀態(tài)進行在線實時動態(tài)監(jiān)測。
[0003] 動態(tài)重構(gòu)是UM-BUS實現(xiàn)并發(fā)傳輸與動態(tài)容錯的關(guān)鍵技術(shù)，它通過在總線各節(jié)點 中建立和維護一個通道健康狀態(tài)表，據(jù)此將通信數(shù)據(jù)動態(tài)分配到正確通道上進行傳輸，從 而對通道故障進行屏蔽與容錯。
[0004] CN102622323B公開了一種動態(tài)可重構(gòu)串行總線中基于開關(guān)矩陣的數(shù)據(jù)傳輸管理 方法，其利用通道故障狀態(tài)表，通過開關(guān)矩陣數(shù)據(jù)傳輸管理陣列動態(tài)管理緩沖區(qū)與不定數(shù) 目通道的數(shù)據(jù)傳輸，使數(shù)據(jù)均衡地分配到有效通道上，實現(xiàn)了故障狀態(tài)下數(shù)據(jù)的動態(tài)重構(gòu)。
[0005] 動態(tài)可重構(gòu)串行總線的核屯、基礎(chǔ)是對總線通道故障、節(jié)點故障進行實時的在線檢 巧。，實時更新通信節(jié)點的通道健康狀態(tài)表，保證UM-BUS總線在通道故障狀態(tài)下的正常通 信。現(xiàn)有技術(shù)中的總線通道故障檢測方法在速度、帶寬占用等方面不能滿足此要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明在于提供一種UM-BUS總線通道故障檢測控制器及檢測方法，實現(xiàn)對總線 通道故障、節(jié)點故障的實時在線檢測，并根據(jù)故障檢測結(jié)果，動態(tài)更新故障所設及的通信節(jié) 點中的健康狀態(tài)表。
[0007] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案為；一種UM-BUS總線通道故障檢測控 制器，其特征在于；包括通道健康狀態(tài)表、檢測控制狀態(tài)機和通道檢測通信控制器，其中所 述通道健康狀態(tài)表是按照UM-BUS總線通道的通信主、從節(jié)點連通情況建立的二維表格；所 述檢測控制狀態(tài)機根據(jù)上層的檢測命令或者來自通道主節(jié)點的檢測命令包，啟動通道檢測 過程，實現(xiàn)不同檢測狀態(tài)的定時，控制所述通道檢測通信控制器進行通道檢測數(shù)據(jù)包的收 發(fā)，完成對通道健康狀態(tài)表的更新；所述通道檢測通信控制器設置于每個總線通道上，在所 述檢測控制狀態(tài)機的控制下，完成通道檢測包的組帖與解析，通過通道MAC在總線通道上 進行檢測數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送，對通道故障進行判斷。
[000引本發(fā)明還提供使用UM-BUS總線通道故障檢測控制器進行UM-BUS總線故障檢測的 方法，其特征在于：主節(jié)點故障檢測包括如下步驟：
[0009] (1)復位通道健康狀態(tài)表；
[0010] (2)主節(jié)點從所有通道上同時向從節(jié)點分別發(fā)送一個檢測命令包，并啟動一個定 時器，定時到預定位時后轉(zhuǎn)入步驟（3);
[0011] (3)主節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時，從各通道接收從節(jié)點發(fā)送的檢測應答 包，定時到預定位時后轉(zhuǎn)入步驟（4);
[0012] (4)主節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時后，從所有收到檢測應答包的通道上向 從節(jié)點發(fā)送檢測確認包，待定時至預定位時后結(jié)束通道檢測過程，更新主節(jié)點中的通道健 康狀態(tài)表；
[0013] 從節(jié)點故障檢測包括如下步驟：
[0014] (a)收到檢測命令包后，從節(jié)點啟動定時器，計時到預定位時后轉(zhuǎn)入步驟化）；
[0015] 化）從節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時，并從各個收到檢測命令包的通道上向 主節(jié)點回送檢測應答包，定時至預定位時后轉(zhuǎn)入步驟（C);
[0016] (C)從節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時，從所有發(fā)送檢測應答包的通道上，接 收檢測確認包，待定時至預定位時后，從節(jié)點結(jié)束通道檢測過程，與主節(jié)點同步更新自己的 通道健康狀態(tài)表。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的UM-BUS總線通道故障檢測控制器及檢測方法，采用"命令-應 答-確認"的S段式通道故障檢測方法與分層式控制模型，實現(xiàn)了對UM-BUS總線通道故障 的在線實時檢測與動態(tài)標記。使得UM-BUS總線能夠通過動態(tài)重構(gòu)，將通信數(shù)據(jù)動態(tài)分配到 健康通道上進行傳輸，保證了總線在通道出現(xiàn)故障的情況下的正確通信。
【附圖說明】
[001引圖1是UM-BUS總線拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2是UM-BUS總線協(xié)議模型與數(shù)據(jù)流圖；
[0020] 圖3是UM-BUS總線通道檢測數(shù)據(jù)包格式；
[0021] 圖4是UM-BUS總線故障檢測方法不意圖；
[0022] 圖5是UM-BUS總線故障檢測器結(jié)構(gòu)模型。
【具體實施方式】
[002引UM-BUS總線采用基于M-LVDS技術(shù)的多通道并發(fā)冗余的總線拓撲結(jié)構(gòu)，支持最多 30個通信節(jié)點直接互連，不需要通常高速總線組網(wǎng)時所需的路由器或轉(zhuǎn)接器；使用2~32 個通道并發(fā)傳輸提高總線通信速率，最高通信速率可達6. 4Gbps;通過多通道的動態(tài)冗余 與故障重構(gòu)，可實現(xiàn)對最多31個通道故障的動態(tài)容錯；采用主從命令應答式的遠程存儲訪 問協(xié)議，為系統(tǒng)提供了靈活的遠程非智能擴展能力。UM-BUS總線的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0024] 如圖2所示，UM-BUS通信協(xié)議分為處理層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層S個層次。數(shù)據(jù)鏈 路層又分為數(shù)據(jù)緩沖子層、傳輸子層和MC子層。
[0025] 處理層是UM-BUS通信協(xié)議模型的最上層，完成總線通信的管理工作并將部分信 息反饋給外接設備或上層應用。
[0026] 數(shù)據(jù)鏈路層完成通道故障管理與數(shù)據(jù)動態(tài)分配功能，是UM-BUS總線協(xié)議的核屯、 部分。其中數(shù)據(jù)緩沖子層提供了一個260x32位數(shù)據(jù)緩沖存儲器，用來在通信過程中對通信 數(shù)據(jù)進行存儲；MAC子層完成通道管理、故障檢測、通道健康狀態(tài)表維護、通道數(shù)據(jù)組帖與 解帖等功能；傳輸子層實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的分組傳輸，根據(jù)通道健康狀態(tài)表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在健康通 道的均衡分配。
[0027]UM-BUS總線使用雙絞線傳輸，采用8b/l化編碼方式，物理層完成數(shù)據(jù)編解碼、差 錯校驗、字符同步、時鐘同步等功能。
[002引數(shù)據(jù)通信時，發(fā)送端通過處理層構(gòu)建通信數(shù)據(jù)包，暫存到數(shù)據(jù)緩沖層。然后由傳輸 子層根據(jù)來自MC子層的通道健康狀態(tài)信息表對待發(fā)數(shù)據(jù)進行動態(tài)重構(gòu)，將數(shù)據(jù)包動態(tài)均 衡的分配到所有的可用通道上。物理層對分組數(shù)據(jù)包進行收發(fā)的包裝，經(jīng)過8b/l化編解碼 轉(zhuǎn)換成比特流傳送。
[0029]在接收端，物理層對比特流進行時鐘同步，8b/l化解碼，通道數(shù)據(jù)解包。然后由 傳輸子層根據(jù)來自MAC子層的通道健康狀態(tài)信息表對數(shù)據(jù)進行動態(tài)組織，存儲到數(shù)據(jù)緩沖 層，由處理層交付應用層使用。
[0030]無論數(shù)據(jù)發(fā)送還是接收，UM-BUS總線通信雙方都需要在其MC子層，對總線通道 的健康狀態(tài)進行檢測，并建立一個相互協(xié)調(diào)一致的通道健康狀態(tài)表。同時，為保證通信的正 確性與實時性，通道健康狀態(tài)檢測過程必須是可靠完備的，且不能耗費太太多的總線帶寬。
[0031]根據(jù)對總線拓撲結(jié)構(gòu)與物理鏈路的分析，UM-BUS總線的通信通道故障可分為通道 線路故障、節(jié)點電路故障兩大類。通道線路故障通常會導致所有通信節(jié)點都不能在故障通 道上正常通信；而節(jié)點電路故障往往只有影響本節(jié)點的正常通信；但是，不論哪種故障都 會導致通信雙方在故障設及的通道上不能正確交互通信數(shù)據(jù)。
[0032]為簡化UM-BUS總線的故障檢測過程，節(jié)約通信帶寬，且能夠使得故障無關(guān)的通信 節(jié)點的通信不受故障影響，保持較高的通信速率。UM-BUS總線的健康狀態(tài)表按通信雙方節(jié) 點建立一個二維表格。W節(jié)點1為例，UM-BUS總線節(jié)點中的通道健康狀態(tài)表如表1所示。
[0033] 表1的每列對應一個物理通道，為1表示通道健康可用，為0表示通道故障不可 用；每行對應一個UM-BUS總線節(jié)點，表示節(jié)點1與該節(jié)點通信時的通道可用情況。UM-BUS 總線支持32個節(jié)點和32個通道并發(fā)，因此表格大小為32x32。UM-BUS總線協(xié)議中節(jié)點0 和31為保留節(jié)點，各節(jié)點不能與自身進行通信，因此表1中節(jié)點0、1、31對應的行為全0。
[0034] 表1節(jié)點1的通道健康狀態(tài)表
[0035]
【主權(quán)項】
1. 一種UM-BUS總線通道故障檢測控制器，其特征在于：包括通道健康狀態(tài)表、檢測控 制狀態(tài)機和通道檢測通信控制器，其中所述通道健康狀態(tài)表是按照UM-BUS總線通道的通 信主、從節(jié)點連通情況建立的二維表格；所述檢測控制狀態(tài)機根據(jù)上層的檢測命令或者來 自通道主節(jié)點的檢測命令包，啟動通道檢測過程，實現(xiàn)不同檢測狀態(tài)的定時，控制所述通道 檢測通信控制器進行通道檢測數(shù)據(jù)包的收發(fā)，完成對通道健康狀態(tài)表的更新；所述通道檢 測通信控制器設置于每個總線通道上，在所述檢測控制狀態(tài)機的控制下，完成通道檢測包 的組幀與解析，通過通道MAC在總線通道上進行檢測數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送，對通道故障進 行判斷。
2. -種使用權(quán)利要求1所述的UM-BUS總線通道故障檢測控制器進行UM-BUS總線故障 檢測的方法，其特征在于： 主節(jié)點故障檢測包括如下步驟： (1) 復位通道健康狀態(tài)表； (2) 主節(jié)點從所有通道上同時向從節(jié)點分別發(fā)送一個檢測命令包，并啟動一個定時器， 定時到預定位時后轉(zhuǎn)入步驟（3); (3) 主節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時，從各通道接收從節(jié)點發(fā)送的檢測應答包， 定時到預定位時后轉(zhuǎn)入步驟（4); (4) 主節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時后，從所有收到檢測應答包的通道上向從節(jié) 點發(fā)送檢測確認包，待定時至預定位時后結(jié)束通道檢測過程，更新主節(jié)點中的通道健康狀 態(tài)表。 從節(jié)點故障檢測包括如下步驟： (a) 收到檢測命令包后，從節(jié)點啟動定時器，計時到預定位時后轉(zhuǎn)入步驟（b); (b) 從節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時，并從各個收到檢測命令包的通道上向主節(jié) 點回送檢測應答包，定時至預定位時后轉(zhuǎn)入步驟（C); (c) 從節(jié)點將其定時器清零，重新開始定時，從所有發(fā)送檢測應答包的通道上，接收檢 測確認包，待定時至預定位時后，從節(jié)點結(jié)束通道檢測過程，與主節(jié)點同步更新自己的通道 健康狀態(tài)表。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述預定位時是128個UM-BUS總線傳輸 位時。
【專利摘要】一種UM-BUS總線通道故障檢測控制器及檢測方法，所述通道故障檢測控制器包括通道健康狀態(tài)表、檢測控制狀態(tài)機和通道檢測通信控制器，采用“命令-應答-確認”的三段式通道故障檢測方法與分層式控制模型，實現(xiàn)了對UM-BUS總線通道故障的在線實時檢測與動態(tài)標記，使得UM-BUS總線能夠通過動態(tài)重構(gòu)，將通信數(shù)據(jù)動態(tài)分配到健康通道上進行傳輸，保證了總線在通道出現(xiàn)故障的情況下的正確通信。
【IPC分類】G06F11-22
【公開號】CN104866399
【申請?zhí)枴緾N201510155959
【發(fā)明人】張家祺
【申請人】張家祺
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月3日