基於動態優先級的時間觸發乙太網數據管理系統及方法與流程
2023-10-11 03:07:54
本發明屬於時間觸發乙太網數據通信領域，具體涉及一種基於動態優先級的時間觸發乙太網數據管理系統及方法。
背景技術：
時間觸發乙太網(簡稱tte)，是一種基於「時間觸發」的實時乙太網解決方案，通信中存在著多種類型的報文數據傳輸，包括時間觸發報文(tt)和事件觸發報文(rc、be；rc為afdx報文、be為標準乙太網報文)。由於在多類型報文數據傳輸過程中，同時刻對系統總線存在搶佔競爭的現象，並且三種類型報文在數據全雙工通信時情況複雜、競爭激烈，如果處理不當將會降低總線的使用率，嚴重的將直接影響整個網絡的正常通信。目前關於時間觸發乙太網數據總線競爭的問題尚未出現有效的解決方案。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對上述現有技術中的問題，提供一種配置靈活、並發處理能力強的基於動態優先級的時間觸發乙太網數據管理方法，在數據傳輸過程中能夠完成多種類型數據報文的多優先級動態調整，緩解多種類型報文數據並發傳輸時總線競爭對數據流的影響，提高總線資源的利用率，減少傳輸延遲，適用於時間觸發乙太網端節點數據通信。
為了實現上述目的，本發明基於動態優先級的時間觸發乙太網數據管理系統通過如下技術方案進行實現：包括用於通過系統總線與上層用戶數據存儲區域進行塊數據傳輸的dma控制器，dma控制器分別通過dma讀數據緩存模塊、dma寫數據緩存模塊連接dma訪問控制模塊；所述的dma訪問控制模塊分別連接tt發送數據緩存模塊、rc發送數據緩存模塊、be發送數據緩存模塊、tt接收數據緩存模塊、rc接收數據緩存模塊以及be接收數據緩存模塊；用於存儲終端配置信息的控制/狀態寄存器經過優先級仲裁模塊向dma訪問控制模塊發送指令，並將數據通信過程中的狀態返回給主機。
所述優先級仲裁模塊包括dma優先級仲裁模塊和dma讀優先級動態調整子模塊。
所述的控制/狀態寄存器中存儲有tt發送數據緩存上限閾值以及tt發送數據緩存下限閾值，通過將閾值與tt發送數據緩存模塊中tt發送數據的存儲值進行比較，dma讀優先級動態調整子模塊根據比較結果進行優先級響應的動態調控。
所述的上層用戶數據存儲區域存儲控制信息和報文數據，dma控制器一方面能夠根據dma訪問控制模塊的控制命令獲取控制信息和報文數據填入dma讀數據緩存模塊，待數據報文發送完成後將發送狀態信息填入dma寫數據緩存模塊，dma控制器另一方面獲取dma寫數據緩存模塊中，由dma訪問控制模塊已經填入的狀態信息和報文數據，並根據dma訪問控制模塊的控制命令將接收到的狀態信息和報文數據填入上層用戶數據存儲區域中。
本發明基於動態優先級的時間觸發乙太網數據管理方法包括如下步驟：
dma控制器根據dma訪問控制模塊的控制命令，從上層用戶存儲區域中讀取控制信息，然後根據控制信息的內容從上層用戶數據存儲區域中讀取待發送的報文數據或將接收到的報文數據填入上層用戶數據存儲區域中；
dma控制器與dma訪問控制模塊之間分別通過dma讀數據緩存模塊、dma寫數據緩存模塊作為第一級緩存模塊來對dma讀的數據和dma寫的數據進行緩存；
將與dma訪問控制模塊相連的tt發送數據緩存模塊、rc發送數據緩存模塊、be發送數據緩存模塊、tt接收數據緩存模塊、rc接收數據緩存模塊以及be接收數據緩存模塊作為第二級緩存模塊，分別對從上層獲取的tt、rc、be發送報文數據和接收到的tt、rc、be接收報文數據進行緩存；
優先級仲裁模塊一方面對dma訪問控制模塊發起的dma讀申請進行仲裁，給出唯一的dma讀允許命令，另一方面對dma訪問控制模塊發起的dma寫申請進行仲裁，給出唯一的dma寫允許命令；dma讀優先級動態調整子模塊根據控制/狀態寄存器中事先存儲的終端配置信息與tt發送數據緩存模塊中tt發送數據的存儲值進行比較，對dma寫申請按優先級從高到低排隊，依次對申請進行響應。
在多類型數據報文總線出現競爭時通過優先級仲裁模塊進行仲裁，使不同優先級類型數據對總線佔用的申請進行排隊後按次序響應；對於同優先級類型數據提出申請總線時，按照搶佔的前後次序進行響應。
與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：報文發送過程中，首先通過dma讀取主機內存中的發送描述符信息，根據發送描述符信息從主機內存中獲取發送報文數據，完成報文發送後再通過dma將發送狀態回寫入主機內存。報文接收過程中，首先通過dma讀取主機內存中的接收描述符信息，根據接收描述符信息將接收到的報文數據通過dma寫入主機內存，完成報文接收後再通過dma將接收狀態回寫入主機內存。根據內部數據存儲情況動態調整優先級，確保tt通信的同時提升事件觸發報文數據的傳輸效率。本發明對數據採取了「兩級緩存，動態優先，競爭排隊，同級搶佔」的管理方法，採用「兩級緩存」，即一級dma數據緩存、一級報文數據調度緩存，不依賴主節點處理器和系統總線，完成了dma塊數據傳輸，最大程度提高總線傳輸效率；「動態優先」，即在數據傳輸過程中完成多種類型數據報文的多優先級調度，優先級動態調整，並根據時間報文數據的調度閾值進行動態調整優先級；「競爭排隊」，即在多類型數據報文總線競爭時進行仲裁，不同優先級類型數據對總線佔用的申請進行排隊；「同級搶佔」，即同優先級類型數據提出申請總線時，進行搶佔「先到先得」。本發明中對總線申請進行動態調配，降低了總線資源浪費，提升了總線利用率，本發明的優先級與調度閾值能配置，根據實際應用場景進行調控，數據傳輸速率較高。
附圖說明
圖1本發明系統功能結構框圖；
附圖中：1-dma控制器；2-dma讀數據緩存模塊；3-dma寫數據緩存模塊；4-tt發送數據緩存模塊；5-rc發送數據緩存模塊；6-be發送數據緩存模塊；7-tt接收數據緩存模塊；8-rc接收數據緩存模塊；9-be接收數據緩存模塊；10-dma訪問控制模塊；11-dma優先級仲裁模塊；12-dma讀優先級動態調整子模塊；13-dma讀申請隊列；14-dma寫申請隊列；15-控制/狀態寄存器。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
參見圖1，本發明在結構上包括dma控制器1，dma讀數據緩存模塊2，dma寫數據緩存模塊3，dma控制器1通過系統總線與上層用戶數據存儲區域進行塊數據的傳輸，dma控制器1分別通過dma讀數據緩存模塊2、dma寫數據緩存模塊3連接dma訪問控制模塊10，dma訪問控制模塊10分別連接tt發送數據緩存模塊4、rc發送數據緩存模塊5、be發送數據緩存模塊6、tt接收數據緩存模塊7、rc接收數據緩存模塊8以及be接收數據緩存模塊9。用於存儲終端配置信息的控制/狀態寄存器15經過優先級仲裁模塊向dma訪問控制模塊10發送指令，並能夠將數據通信過程中的狀態返回給主機。本發明的優先級仲裁模塊包括dma優先級仲裁模塊11和dma讀優先級動態調整子模塊12。
dma控制器1根據dma訪問控制模塊10的控制命令發起dma讀操作，從上層用戶存儲區域中獲取數據(包括控制信息和報文數據)填入dma讀數據緩存模塊2；dma控制器1亦能夠獲取dma寫數據緩存模塊3中由dma訪問控制模塊10已經填入的dma寫數據(包括狀態信息和報文數據)，根據dma訪問控制模塊10的控制命令發起dma寫操作，並將接收的報文數據和狀態信息填入上層用戶存儲區域中。dma訪問控制模塊10控制dma控制器1發起dma操作，從上層用戶存儲區域中讀取控制信息，然後根據控制信息內容從上層用戶存儲區中讀取待發送報文數據或將接收到的報文數據填入上層用戶存儲區域中。dma優先級仲裁模塊11進行dma讀/寫優先級動態調整，對dma訪問控制模塊10發起的tt發送dma讀申請16、rc發送dma讀申請17、be發送dma讀申請18、tt接收dma讀申請19、rc接收dma讀申請20、be接收dma讀申請21進行仲裁，給出唯一的dma讀允許22～27，對dma訪問控制模塊10發起的tt發送dma寫申請28、rc發送dma寫申請29、be發送dma寫申請30、tt接收dma寫申請31、rc接收dma寫申請32、be接收dma寫申請32進行仲裁，給出唯一的dma寫允許34～39。
dma讀優先級動態調整子模塊12，根據上層用戶事先配置控制/狀態寄存器15裡的tt發送數據緩存上限閾值40和tt發送數據緩存下限閾值41，以及tt發送數據緩存模塊4中tt發送數據的存儲情況進行優先級的動態調控。當tt發送數據緩存模塊4的存儲高於閾值上限時，將tt發送dma讀的優先級降至最低，六個dma讀申請按優先級進行排隊，優先級高的先給予讀允許，優先級低的暫且等待；當tt發送數據緩存模塊4的存儲介於上限閾值與下限閾值之間時，降低tt發送dma讀的優先級，此時六個dma讀優先級平級，dma讀申請16～21根據「先到先得」原則進行搶佔，先申請的先給予讀允許，多個申請同時到來時，依次對申請進行響應；當tt發送數據緩存模塊4的存儲低於閾值下限時，將tt發送dma讀的優先級升至最高，並且直接搶佔住dma，其他五個申請17、18、19、20、21即使到來時也不予相應，直至tt發送數據緩存模塊4的存儲值高於閾值下限為止。
dma寫申請隊列14中，對dma寫操作申請28、29、30、31、32、33按優先級從高到低排隊，依次對申請進行響應。控制/狀態寄存器模塊15將用戶配置的信息輸出給相應模塊，並向dma優先級仲裁模塊11提供tt發送數據緩存上限閾值40和tt發送數據緩存下限閾值41，控制優先級的動態調整，以及報文數據和控制信息的交互，同時返回狀態信息。
根據上述方案，用veriloghdl語言對控制器的邏輯設計進行描述，並完成邏輯綜合與布局布線；設計映射到可編程邏輯器件fpga中實現，並對設計功能進行測試。
測試結果表明本發明具有很好的可實施性，且性能滿足預期要求。