CN101986594B - 一种实现单板间通讯的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现单板间通讯的方法及装置，包括：发送单板在构造报文时，在封装有紧急信息的报文中添加优先处理标记，并根据该标记将报文优先发送到管理通道中传递给接收单板；接收单板接收到报文后，根据优先处理标记优先对封装有紧急信息的报文进行解析。本发明通过主控板芯片堆叠以及主控板与业务板之间建立软HW通道，实现设备精简，并高效地传输信息，可以在节省背板侧线路的同时，达到快速保护倒换的目的，在主控板之间和主控板与业务板之间的链路上都达到最快的信息传递和保护倒换，从而可以在简洁的***架构下提升整个***的数据通讯能力和保护能力。

Description

一种实现单板间通讯的方法及装置

技术领域

本发明涉及通讯设备技术领域，尤其涉及一种实现单板间通讯的方法及装置。

背景技术

通讯设备中，一般采取主控板（NCP）加业务板的架构，时钟板通常与主控板合为一体，业务板包含交叉（交换）板、接口板、线路板和支路板等。在主控板和业务板之间有一个或多个通道，主控板负责对各个业务板的管理和监控。业务板需要定时或不定时地上报各种状态信息，如告警、开销和心跳等信息。保护倒换控制中心一般设置在主控板上，主控板根据业务板反馈的告警和心跳等信息，经过处理后下发倒换控制信息。这就要求相应的告警、开销、心跳和倒换控制等信息能快速地在主控板与各个业务板之间传递，以保证主控板迅速得到紧急告警并做出决策，如通知业务板进行数据通道切换或单板倒换等。由于主控板的地位和作用非常重要，所以***中一般设置两块或两块以上主控板，采取1+1、1：1、1+N或1:N等保护方式进行工作。

如图1所示，目前，主控板和业务板之间的快速告警通道的实现方法包含以下两种：

（1）采用专用的HW（高速通道）总线通道，HW总线通道只传递告警倒换等对时延要求较高的信息，对于管理信息，如用于程序下载、***管理和监控等的信息，通常采用另外的管理通道，如传统的HDLC（高级数据连接控制通道）的S口通道或者以太网通道等。这种做法的优点是专门的通道可以提供足够的带宽，保证信息的快速传递，缺点是背板侧走线过多，对于互联复杂的大***，走线过多导致背板层数增多，成本增加，或者不具备生产能力。

（2）鉴于背板信号数量的限制，也可以不另辟专门的HW总线通道，而是采用管理通道来完成告警和倒换信息的传递。这种做法虽然节省了背板侧线路的数量，但由于共用通道带宽受限，很难保证告警及倒换等紧急信息的快速传递。

另外，多个主控板之间，如何保证信息的快速同步，快速实现保护倒换，倒换后如何保证通讯中断的时间尽量短等也是需要面对的问题，传统的做法是采用主用和备用主控板之间预留一条数据同步通道，如HDLC通道或以太网FE（百兆以太网）、GE（千兆以太网）、10GE（万兆以太网）通道等，用于主备用主控板之间的数同步和交互；同时主备用主控板之间留有一些硬件互联线，如host（主用）和ready（准备好）线等，来传递主备用主控板的状态及进行倒换控制。这种做法的缺点是：主备间进行主备状态决策及互通信息的及时性难以保证，尤其是在主备倒换发生的时刻或者更为严重的主备倒换频繁发生的时刻，经常会导致管理通道暂时性或长时间断链。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现单板间通讯的方法及装置，在不增加走线的情况下，实现主备用主控板与业务板之间的高效快速的信息传递。

为解决上述技术问题，本发明的一种实现单板间通讯的方法，包括：

发送单板在构造报文时，在封装有紧急信息的报文中添加优先处理标记，并根据该标记将报文优先发送到管理通道中传递给接收单板；

接收单板接收到报文后，根据优先处理标记优先对封装有紧急信息的报文进行解析。

进一步地，该方法还包括：

发送单板或接收单板为多块主控板的其中之一时，对该多块主控板进行芯片聚合，通过芯片聚合后形成的通道实现多块主控板之间的信息交互。

进一步地，优先处理标记为以太网帧结构中的VLAN（虚拟局域网）标签。

进一步地，发送单板为主控板，接收单板为接收报文的业务板时，VLAN标签标识与业务板的槽位对应的VLAN，VLAN标签中的VLAN优先级设置为表示最高优先级。

进一步地，发送单板为业务板，接收单板为接收报文的主控板时，VLAN标签的目的物理地址为接收报文的主控板的物理地址，VLAN标签中的VLAN优先级设置为表示最高优先级。

进一步地，该方法还包括：

接收报文的主控板接收到报文后，将该报文通过芯片聚合后形成的通道发送给多块主控板中的其他主控板。

进一步地，一种实现单板间通讯的装置，包括：发送单板和接收单板，发送单板和接收单板均包括可编程逻辑器件和交换芯片，其中：

发送单板的可编程逻辑器件，用于在构造报文时，在封装有紧急信息的报文中添加优先处理标记；

发送单板的交换芯片，用于根据优先处理标记将报文优先发送到管理通道中传递给接收单板；

接收单板的交换芯片，用于接收发送单板发送的报文，在接收到包含优先处理标记的报文后，优先将该报文发送给本地的可编程逻辑器件；

接收单板的可编程逻辑器件，用于在接收到报文后，根据报文中包含的优先处理标记优先对封装有紧急信息的报文进行解析。

进一步地，发送单板或接收单板为多块主控板的其中之一时，多块主控板采用芯片聚合，通过芯片聚合后形成的通道实现多块主控板之间的信息交互。

进一步地，优先处理标记为以太网帧结构中的VLAN（虚拟局域网）标签。

进一步地，发送单板为业务板，接收单板为多块主控板的其中之一时，主控板的交换芯片，还用于在接收到包含优先处理标记的报文后，将该报文通过芯片聚合后形成的通道发送给多块主控板中的其他主控板。

综上所述，本发明通过主控板芯片堆叠以及主控板与业务板之间建立软HW通道，实现设备精简，并高效地传输信息，可以在节省背板侧线路的同时，达到快速保护倒换的目的，在主控板之间和主控板与业务板之间的链路上都达到最快的信息传递和保护倒换，从而可以在简洁的***架构下提升整个***的数据通讯能力和保护能力。

附图说明

图1为现有的设备保护方案的示意框图；

图2为本实施方式基于仿真HW和芯片堆叠的通讯设备的示意图；

图3为本实施方式的实现单板间通讯的方法的流程图。

具体实施方式

鉴于专用HW总线通道对于背板槽位过多的情况会造成背板侧走线过多，本实施方式提出一种软HW的概念，主要思想是在管理通道中模拟出一个专用通道，而不是硬件上单独建立一个通道来保证告警和倒换等信息传递的及时性，既节省了背板侧线路，又达到了专用高速通道的效果。

软HW总线的实现方式，例如可采用在封装紧急信息的报文中添加优先处理标记，来实现板间快速传递告警、开销、心跳和倒换控制等紧急信息。这种方案不需要增加各业务板到主控板之间的连线，而是利用主控板与业务板之间现有的管理通道，可以是FE、GE等，通过对携带紧急信息的报文进行标记，由硬件如可编程逻辑器件来构造、发送、接收和解析带标记的报文，实现快速处理告警、开销、心跳和倒换控制等紧急信息。可编程逻辑器件可以采用如现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）等。

本实施方式通过对报文进行标记达到仿真HW线的目的，实现板间告警、开销、心跳和倒换控制等紧急信息，通过内部以太网管理通道进行快速传递。例如，可以在携带紧急信息的报文中添加VLAN（虚拟局域网）标签，通过添加VLAN实现告警、开销、心跳和倒换控制等信息在板间的快速传递。

对报文进行标记实现仿真HW线，是由FPGA负责构造、发送、接收和解析报文，充分利用FPGA的相对于CPU在实时控制方面的优越性，并没有加重业务板和主控板上CPU处理和解析报文的负担。告警、开销、心跳和倒换控制等紧急信息的传递花费的时间，主要取决于FPGA构造、发送、接收和解析报文的时间，这些时间一般在十几到几十微秒的范围内，因此可以忽略不计，所以可以达到专用HW总线的效果。

芯片堆叠（也称芯片级联）是将两颗或两颗以上芯片通过高速通道互联（有时需要通讯报文格式或通讯协议的配合），实现将多颗芯片模拟成一颗芯片的效果。

芯片堆叠产生的初衷是为了增大芯片容量和接口数量，从而拓展芯片的功能。在本实施方式中，将分别放置于不同主控板上的两颗或两颗以上的芯片，模拟成一颗芯片，主要目的并不是增大容量，而是实现快速的保护倒换。由于不同的芯片放置在不同单板上，芯片堆叠成一颗后就相当于主备用主控板是一块单板，主备用主控板上两颗或多颗芯片的信息交互模拟成了一颗芯片各个端口之间的信息传递。这样，一方面在信息同步方面速度更快；另一方面在倒换发生时的切换速率也会更快。

本实施方式中主控板之间采用芯片堆叠，主控板和业务板之间采用软HW，从而建立起一条完整闭合的数据传递通道。整个通道中的每一部分都能保证最高的效率，且整个***简单，易于实现。

下面结合附图对本实施方式进行详细说明。

如图2所示，主控板上配置有CPU、三层/二层交换芯片和支持对报文进行标记的FPGA，其中，三层交换芯片可以采用BroadCom公司的BCM56XXX系列芯片，支持通过HiGig接口的芯片堆叠，HiGig接口的物理层是XAUI接口，最大10Gbps的传输速率；业务板上配置有CPU、二层交换芯片和支持对报文进行标记的FPGA。

如图3所示，本实施方式从主控板到业务板方向上，实现单板间通讯的方法，包括：

步骤301，主用主控板上的FPGA依次将由CPU写入的发送给各个业务板的内容（128个字节），封装到以太网报文中，并在封装紧急信息的以太网报文中添加与业务板槽位对应的VLAN，其中，不同的VLAN对应不同的槽位；

例如，VLAN的4字节的填充方式为，TPID（标记协议标识符）：0x8100（VLAN专用字段，标示此报文含有VLAN）；VLAN ID（VLAN的ID值）：（自定义）；VlAN Priority（VLAN的优先级）：1（表示最高优先级）。

对报文添加VLAN后，报文被标识成一种Tagged Package（加封装的包）或者Priority tagged Package（有优先级的加封装包）。保证报文在二三层转发过程中以最高优先级转发，并在到达业务板的FPGA后优先解析处理。

步骤302，主用主控板的FPGA将构造的以太网报文，通过以太网口发给主用主控板的三/二层交换芯片，主用主控板的三/二层交换芯片根据IP或MAC地址将各个报文转发到各个槽位对应的以太网管理通道上；

步骤303，业务板上的二层交换芯片收到主用主控板发送的报文后，根据VlAN Priority得知是板间HW总线的报文，将此报文转发给本板的FPGA所在的端口；

步骤304，业务板的FPGA收到报文后，取出报文净荷，保存到只读寄存器中（128字节），供本板的CPU访问或者直接插到业务的开销中发送出去。

主用主控板上的FPGA每3.3ms最多发送44个148字节的报文，如果业务板不在位，则无需发送，即每秒发13200个报文，流量最大是17.74M左右。对于背板侧使用FE或GE等点对点连接的***来说，剩余的带宽用于管理通道已足够。

另外，备用主控板的FPGA处于备用状态时，也可以接收本主控板的CPU写入和修改只写寄存器的内容，但并不向外发报文，而只接收各业务板发过来的报文；这样处理是为了保证各主控板上的各类保护倒换控制中心的软、硬件状态是一致的。

业务板到主控板的方向上，报文的发送方式与上述主控板到业务板的工作方式类似，包括：

步骤一，业务板上的FPGA通过Local BUS或PCIE接口向业务板的CPU提供只读寄存器（如128字节）和只写寄存器（如128字节），相当于128字节的传统双向HW线提供给CPU的接口；

步骤二，业务板上的FPGA将CPU写入或其它硬件***的内容，封装到以太网报文中，并添加VLAN；

其中，VLAN的目的MAC（物理地址）、源MAC各6字节，VLAN标签4字节，CRC校验4字节，共增加20字节，目的MAC为主用主控板的MAC地址，VLAN优先级设置为表示最高优先级。

步骤三，业务板上的FPGA将添加VLAN的报文，通过二层交换芯片发送给主用主控板的三/二层交换芯片；

步骤四，主用主控板的三/二层交换芯片根据VLAN得知是板间HW线的报文，将此报文转发给本板的FPGA所在的端口（也为GE端口），并且发给备用主控板间的GE口；

步骤五，备用NCP的三/二层交换芯片接收到报文后，将该报文转发给备用主控板上的FPGA所在的GE端口；

步骤六，主用和备用主控板的FPGA收到报文后，根据源MAC地址获知报文来自的业务板，将报文净荷取出，存到相应业务板对应的只读寄存器中（128字节），供本主控板的CPU访问。

同时，主备用主控板之间需要同步信息，由于使用芯片堆叠，所以这种信息同步变成了芯片内部的信息传递，效率会很高。同时，也可以方便的实现主用主控板某一端口的数据快速转发到备用主控板的某一端口，从而使主备用主控板的应用更加灵活。

对于部分内容如K1（自动保护倒换控制信令1）、K2（自动保护倒换控制信令2）、SF（信号丢失）和SD（信号劣化）等，FPGA还需要识别其变化，及时产生中断信号通知本主控板的CPU。主控板上需要为每个业务板和业务接口板槽位提供128字节的只读寄存器，16个业务板槽位，28个业务接口板槽位，共需要128*44=5632字节的只读寄存器。

为保证传递信息的实时性，报文的发送周期定为3.3ms，即每秒发送300个报文，报文长度为148字节，占用带宽为0.4M，对每块业务板占其100M以太网通讯总线的0.4%左右，对主控板上的FPGA所连的1GE端口来说，44个业务板最多发送的流量是0.4*44=17.6M左右。主用和备用主控板的FPGA通过CPU并行接口给本主控板的CPU提供128*44=5632个字节的只写寄存器，用于发送HW线信息给各业务板。

总之，通过本实施方式的方法和装置，可以在通讯***上建立起一种简洁、高效而健壮的通讯和保护机制。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的更改或变化，但凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现单板间通讯的方法，包括：

发送单板在构造报文时，在封装有紧急信息的报文中添加优先处理标记，并根据该标记将所述报文优先发送到现有的管理通道中传递给接收单板；

所述接收单板接收到所述报文后，根据所述优先处理标记优先对所述封装有紧急信息的报文进行解析；

其中，由单板中的可编程逻辑器件来构造、发送、接收和解析带优先处理标记的报文。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述发送单板或接收单板为多块主控板的其中之一时，对该多块主控板进行芯片聚合，通过芯片聚合后形成的通道实现多块主控板之间的信息交互。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优先处理标记为以太网帧结构中的VLAN(虚拟局域网)标签。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发送单板为主控板，所述接收单板为接收报文的业务板时，所述VLAN标签标识与所述业务板的槽位对应的VLAN，所述VLAN标签中的VLAN优先级设置为表示最高优先级。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发送单板为业务板，所述接收单板为接收报文的主控板时，所述VLAN标签的目的物理地址为所述接收报文的主控板的物理地址，所述VLAN标签中的VLAN优先级设置为表示最高优先级。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述接收报文的主控板接收到所述报文后，将该报文通过所述芯片聚合后形成的通道发送给所述多块主控板中的其他主控板。

7.一种实现单板间通讯的装置，包括：发送单板和接收单板，所述发送单板和接收单板均包括可编程逻辑器件和交换芯片，其中：

所述发送单板的可编程逻辑器件，用于在构造报文时，在封装有紧急信息的报文中添加优先处理标记；

所述发送单板的交换芯片，用于根据所述优先处理标记将所述报文优先发送到现有的管理通道中传递给所述接收单板；

所述接收单板的交换芯片，用于接收所述发送单板发送的报文，在接收到包含所述优先处理标记的报文后，优先将该报文发送给本地的可编程逻辑器件；

所述接收单板的可编程逻辑器件，用于在接收到报文后，根据报文中包含的所述优先处理标记优先对所述封装有紧急信息的报文进行解析；

其中，由单板中的可编程逻辑器件来构造、发送、接收和解析带优先处理标记的报文。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：

所述发送单板或接收单板为多块主控板的其中之一时，所述多块主控板采用芯片聚合，通过芯片聚合后形成的通道实现多块主控板之间的信息交互。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述优先处理标记为以太网帧结构中的VLAN(虚拟局域网)标签。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：

所述发送单板为业务板，所述接收单板为多块主控板的其中之一时，所述主控板的交换芯片，还用于在接收到包含所述优先处理标记的报文后，将该报文通过所述芯片聚合后形成的通道发送给所述多块主控板中的其他主控板。