動態(tài)可重構(gòu)高速串行總線中的多主仲裁方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種嵌入式系統(tǒng)總線中多主仲裁方法，尤其涉及一種動態(tài)可重構(gòu)高速串行總線中的多主仲裁方法。
【背景技術(shù)】
[0002]動態(tài)可重構(gòu)高速串行總線(UM-BUS)是針對系統(tǒng)小型化與嵌入式一體化設(shè)計提出的一種能夠?qū)⑷哂嗳蒎e與高速通信有機統(tǒng)一，具備遠(yuǎn)程擴(kuò)展能力的高速串行總線。如圖1所示，它采用基于M-LVDS技術(shù)的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持多節(jié)點直接互連，最多可使用32條通道并發(fā)傳輸通信。在通信過程中，如果某些通道出現(xiàn)故障，總線控制器可實時地監(jiān)測出來，將數(shù)據(jù)動態(tài)分配到剩余有效通道上進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)動態(tài)重構(gòu)，對通信故障進(jìn)行動態(tài)容錯O
[0003]UM-BUS總線采用主從命令應(yīng)答的通信模式，通過數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行信息交互。連接在總線上的通信節(jié)點按功能不同可分為主節(jié)點、從節(jié)點和監(jiān)控節(jié)點，總線通信過程總是由主節(jié)點發(fā)起，從節(jié)點響應(yīng)來完成的。UM-BUS總線具有時間同步功能，可保證總線各個節(jié)點之間時間系統(tǒng)的精確同步。UM-BUS總線支持單主(Signal Master)通信與多主(MultiMaster)通信兩種通信模式。在多主模式下，總線上可以存在多個主節(jié)點，多個主節(jié)點間需要通過仲裁方式來競爭總線使用權(quán)。
[0004]常用的總線及網(wǎng)絡(luò)仲裁方法包括CSMA/⑶算法、令牌傳遞算法、時間片輪轉(zhuǎn)方法等，可用于以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)或總線中，通過仲裁解決總線競爭和沖突。對于UM-BUS總線，上述仲裁算法存在著仲裁效率低、傳遞延遲大、令牌丟失、帶寬利用率差等問題，不能滿足UM-BUS總線對實時性、可靠性的需求。
[0005]針對UM-BUS總線的特點，本發(fā)明提出一種可變時隙輪轉(zhuǎn)的仲裁方法，用來滿足UM-BUS總線多主仲裁在實時性與可靠性方面的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種適于UM-BUS總線結(jié)構(gòu)、開銷低、效率高、可靠性好的多主仲裁算法，滿足UM-BUS總線多主工作模式下通信的實時性與可靠性要求。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種動態(tài)可重構(gòu)高速串行總線的多主仲裁方法，其特征在于:當(dāng)總線上存在多個主節(jié)點時，通過可變時隙輪轉(zhuǎn)的方法，為各個主節(jié)點分配總線使用權(quán)。
[0009]進(jìn)一步地，在總線空閑時，將總線時間劃分為仲裁時隙，所述仲裁時隙是合適大小的時間片；對所劃分的仲裁時隙按照總線支持的主節(jié)點數(shù)量循環(huán)編號，并將每個仲裁時隙按編號對應(yīng)的方式分配給各個主節(jié)點。
[0010]進(jìn)一步地，每個所述主節(jié)點設(shè)置一個同步的時間片定時器與時隙計數(shù)器，用于產(chǎn)生總線仲裁時隙的定時與計數(shù)。
[0011]進(jìn)一步地，總線上某一個主節(jié)點需要占用總線進(jìn)行通信時，需等待其對應(yīng)的仲裁時隙到來，在其對應(yīng)的仲裁時隙到達(dá)后，延遲一段時間開始占用總線，啟動通信過程，待通信過程結(jié)束后，再釋放總線。
[0012]進(jìn)一步地，總線上的所有節(jié)點一直對總線上的通信過程進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到總線上的通信過程時，立即停止本節(jié)點時間片定時器的定時，將仲裁時隙擴(kuò)展為一個通信時間片；監(jiān)測到總線通信過程結(jié)束后，再恢復(fù)時間片定時器的定時，恢復(fù)仲裁時隙的輪轉(zhuǎn)過程。
[0013]進(jìn)一步地，總線空閑時劃分的仲裁時隙的長度通常遠(yuǎn)小于總線通信過程所需要的時間長度，該時隙長度需滿足最壞情況下各總線節(jié)點對總線通信過程監(jiān)測的需要，當(dāng)一個主節(jié)點在其對應(yīng)的仲裁時隙內(nèi)占用總線開始通信過程后，總線上的其余節(jié)點必須能夠在該仲裁時隙中檢測到總線通信過程的開始，停止時間片定時器的定時，暫時停止仲裁時隙的定時與輪轉(zhuǎn)，實現(xiàn)時隙的擴(kuò)展。
[0014]本發(fā)明實現(xiàn)的動態(tài)可重構(gòu)高速串行總線中的多主仲裁方法采用前述可變時隙輪轉(zhuǎn)方法，通過減小仲裁時隙長度，可以加快總線上各個主節(jié)點時隙輪轉(zhuǎn)速度，減少通信資源浪費，提高仲裁效率，提高總線系統(tǒng)的實時性。當(dāng)總線上各個節(jié)點之間能夠保持良好的時間同步時，這種輪轉(zhuǎn)的時隙相當(dāng)于在總線各個節(jié)點之間傳遞一種不會丟失的虛擬令牌，提高了總線仲裁的可靠性。
【附圖說明】
[0015]圖1是UM-BUS總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是UM-BUS總線協(xié)議層次模型圖；
[0017]圖3是UM-BUS總線數(shù)據(jù)傳輸過程與數(shù)據(jù)通路示意圖；
[0018]圖4是總線仲裁時隙分配及時隙擴(kuò)展示意圖；
[0019]圖5是主節(jié)點仲裁過程流程圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，UM-BUS總線采用基于M-LVDS (TIA/EIA-899)的多通道智能動態(tài)冗余的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最多支持30個通信節(jié)點直接互連，不需要路由或中繼設(shè)備；使用2?32個通道并發(fā)傳輸數(shù)據(jù)，單通道最大通信速率可達(dá)200Mbps ;通道如果出現(xiàn)故障，可通過通道動態(tài)冗余及故障重構(gòu)技術(shù)自動屏蔽故障通道，在剩余健康通道上繼續(xù)通信；采用主從應(yīng)答的通信方式，可為系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程存儲訪問及非智能擴(kuò)展能力。
[0021]UM-BUS總線上的節(jié)點按功能不同可劃分為主節(jié)點，從節(jié)點及監(jiān)視節(jié)點，一次通信過程只能由主節(jié)點發(fā)起，并且由從節(jié)點或其它主節(jié)點響應(yīng)，監(jiān)視節(jié)點用于監(jiān)視總線上的通信過程。節(jié)點間通過數(shù)據(jù)包的形式交互信息。
[0022]UM-BUS總線的通信協(xié)議層次模型如圖2所示，從上到下依次為處理層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，其中處理層負(fù)責(zé)對整個總線的管理、協(xié)議封裝和對上層應(yīng)用接口的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)鏈路層又分為傳輸子層和MAC子層兩部分，傳輸子層根據(jù)現(xiàn)存的有效線路對數(shù)據(jù)進(jìn)行分組和動態(tài)重構(gòu)；MAC子層負(fù)責(zé)通信線路檢測，向傳輸子層提供通道健康狀況，完成對通道傳輸信息進(jìn)行二次打包和解包，實現(xiàn)總線節(jié)點的時間同步。物理層是協(xié)議的最底層，它為數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的物理連接、完成了串并轉(zhuǎn)換、8b/10b編解碼、時鐘同步等功能，為總線提供可靠的通信基礎(chǔ)。
[0023]總線節(jié)點在通信過程中采用數(shù)據(jù)包的形式在不同協(xié)議層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸過程如圖3所示。數(shù)據(jù)通信時，在發(fā)送端，處理層從上層接口獲得數(shù)據(jù)并存儲到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在傳輸子層根據(jù)MAC子層提供的有效線路信息將數(shù)據(jù)包動態(tài)均衡地分配到有效通道上，在物理層將分組數(shù)據(jù)包裝后，經(jīng)8b/1b編碼成比特流發(fā)送到鏈路上。在接收端，物理層將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時鐘同步、8b/10b解碼、串并轉(zhuǎn)換后，將通道數(shù)據(jù)解包，然后在傳輸子層根據(jù)MAC子層提供的有效線路信息將數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)組織并存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，最后由處理層交給應(yīng)用層處理。
[0024]在多主通信模式下，主節(jié)點必須在獲得總線使用權(quán)之后才能從物理層向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，啟動一次總線通信過程。
[0025]基于上述UM-BUS總線工作原理，本發(fā)明的多主仲裁方法的一種【具體實施方式】如下:
[0026]為敘述方便，假設(shè)UM-BUS總線支持8個主節(jié)點，節(jié)點號定義為O?7，總線單通道通信速率為200Mbps，