CN103441914A - As5643总线中包含等时数据包的传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，旨在提供一种能够避免等时包与异步包交错传输所带来的‘软’不确定性问题，并能兼容不支持等时传输的AS5643远程节点的传输方法。本发明通过下述技术方案予以实现：总线的一个数据传输帧周期被分为等时时隙和异步时隙两个部分，其中等时时隙内包含了可使节点发送多个同一通道等时数据包的多个循环周期，并且在等时时隙内发送的循环开始包数量，由等时时隙时间规划来确定，等时时隙内只传输等时包，相应地，异步时隙内则只传输异步包，且异步包相对于帧开始包（STOF包）的收发偏移时间都设置在异步时隙内；在异步时隙内关闭循环开始包的周期性发送，主控节点（CC节点）控制循环开始包的周期性发送和禁止发送。

Description

AS5643总线中包含等时数据包的传输方法

技术领域

本发明涉及一种AS5643总线中含有等时和异步传输的优化传输方案。

背景技术

IEEE-1394是由苹果(Apple)公司首先提出的一种高性能串行总线技术(又称Firewire),1995年IEEE制定并颁布了IEEE-1394标准,目前该总线技术在国内外都得到了广泛的应用。该串行总线可同时支持等时和异步传输，能够提供上千兆的数据传输率，且不需要主机进行控制。随着嵌入式***技术的发展,对于***总线的要求也越来越高，电子***设计师面临着高速、实时、远距离、易于连接等需求所带来的压力，IEEE-1394串行总线以其高速率、等时/异步传输模式及灵活的拓扑结构为工程师提供了一种有效的可选解决方案。数据总线作为综合电子***的核心,它的可靠性是保证综合电子***功能有效实现的关键，但普通IEEE-1394总线不能满足高可靠性和确定性的要求，为此，美国汽车工程师协会在IEEE-1394总线的基础上做了一些限定和补充，经改进后的IEEE-1394标准称为AS5643，并在美国的F-35联合攻击战斗机中得到了成功应用。

普通IEEE-1394协议是以125μs为一个循环周期，每个周期采用发送循环开始包的方式进行网络同步，每个循环周期又分为等时周期和异步周期，分别在等时和异步周期中传输等时包和异步包。而AS5643协议则加长了循环周期的时间（如10ms、12.5ms等），由于AS5643协议中的大部分通信都采用异步流包来实现，所以取消了循环开始包的发送，并采用CC节点（主控节点）发送STOF包（帧开始包）的方式进行网络节点同步，为各个节点设置了不同的收发传输偏移，各个节点严格按照与STOF包的偏移时间进行数据收发，从而使数据的传输具有确定性。

在综合化航空电子***中，通常需要传输音视频类的数据，这类对传输正确性要求不高的数据可以采用异步流包的方式来传输，但是，AS5643协议将IEEE-1394协议中异步流包的有效载荷部分进行了扩展，附加了一些额外的协议数据字段，采用AS5643协议定义的异步流包来传输音视频数据则会带来不必要的开销，造成总线资源的浪费。

在AS5643总线上传输音视频数据的另一种方案是采用等时数据包，针对需要传输等时数据包的情况，AS5643协议中采取的方案是：直接开启周期性发送的循环开始包（以125μs为周期），让等时包和异步包进行交错传输的方式。AS5643总线上传输的等时包与普通IEEE-1394等时包格式完全相同（AS5643协议中规定的等时包没有附加的协议数据字段）。根据AS5643协议，总线上每个节点都按照设定的与帧开始包的偏移时间来传输数据，偏移时间的设置可以让数据的发送和接收更具有时间确定性。然而，等时包的加入需要引入循环开始包，且在循环开始包之后等时包会抢先进行传输，附图4是AS5643协议中含有等时和异步传输的示意图，采用该方式会使当前正准备传输的异步流包产生延迟，图4中节点i的异步传输被等时传输延迟了，且该时间延迟会产生累积效应，STOF包和普通的异步流包都可能被延迟，最终会导致AS5643总线上的数据传输时间不确定，造成‘软’不确定性问题。当总线上传输的异步流数据包对时间要求比较苛刻时，总线传输的‘软’不确定性会影响整个***的正常运作，甚至会带来严重后果。

发明内容

本发明目的是针对现有AS5643总线传输等时包会带来不确定性的问题，提供一种能够避免等时包与异步包交错传输、避免循环开始包占用总线资源、兼容不支持等时传输的AS5643远程节点的优化传输方案，可以在不破坏AS5643总线确定性的提前下引入等时传输。

本发明的上述目的可以通过以下措施来得到，一种AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，具有如下特征：总线的一个数据传输帧周期被分为等时时隙和异步时隙两个部分，其中等时时隙内包含了可使节点发送多个同一通道等时数据包的多个循环周期，并且在等时时隙内发送的循环开始包数量，由等时时隙时间规划来确定；等时时隙内只传输等时数据包，相应地，异步时隙内则只传输异步包，且异步包相对于帧开始包的收发偏移时间都设置在异步时隙内；在异步时隙内关闭循环开始包的周期性发送，由总线上的主控节点控制循环开始包的周期性发送和禁止发送。

上述提供的优化传输方案将一个帧周期分为等时时隙和异步时隙两个部分。等时时隙内只传输等时数据包，为了传输数据量足够的等时包，等时时隙内包含了多个循环周期（125μs为一个循环周期），使节点可以发送多个同一通道的等时数据包，等时时隙的长度可根据工程实际的需要进行设置；相应地，异步时隙内则只传输异步包，且异步包相对于帧开始包的收发偏移时间都设置在异步时隙内，考虑到循环开始包的定时发送会占用总线资源，且会导致异步传输产生延迟，从而引入不确定性问题，所以在异步时隙内关闭了循环开始包的周期性发送，这样在异步时隙内的传输与无等时包的AS5643总线传输方式完全相同，从而确保了异步传输的确定性。采用该优化传输方案，可以在保持AS5643总线传输具有确定性的前提下引入等时传输，且等时传输和异步传输互不影响，从而避免在一个帧周期内等时包和异步包交错传输所带来的‘软’不确定性问题。该优化传输方案特意开辟了一个时隙用于等时传输，且异步传输不会受到影响，所以，满足该优化传输方案的总线网络中，可以直接接入不支持等时传输的普通AS5643节点，即可以兼容不支持等时传输的普通AS5643远程节点。

本发明具有如下有益效果：

本发明将AS5643总线的一个帧周期分为了等时时隙和异步时隙，等时时隙内只传输等时包，异步时隙内只传输异步包，等时和异步传输之间互不影响，从而可以避免等时包与异步包交错传输所带来的‘软’不确定性问题，使总线上按照STOF包偏移进行传输的异步包具有时间确定性。

本发明在等时时隙内开启循环开始包的发送，且循环开始包的数量由等时时隙的时间长度决定，可以实现在一个帧周期内传输多个等时数据包到同一通道，从而可以保证在一个帧周期内传送数据量足够的等时包到其它节点。

本发明在异步时隙内关闭了循环开始包的发送，可避免循环开始包占用总线资源并对异步包的收发造成延迟，从而确保了异步包收发时间的确定性。由于在等时时隙内总线上才存在循环开始包，异步时隙内总线上没有循环开始包，所以在异步时隙内的数据传输与只含有异步包的普通AS5643总线数据传输完全相同。

本发明将一个帧周期留出一部分时隙专用于等时传输，因为异步传输时间都设置在异步时隙内，异步传输不会受等时传输的影响，所以，不支持等时传输的AS5643远程节点，可以与采用本发明提出的传输方法的节点兼容，即不支持等时传输的AS5643远程节点与满足本发明提出的传输方法的AS5643节点可以直接连接在同一条本地总线上。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明所提出传输方法的时隙分配示意图。

图2是本发明所提出传输方法的示意图。

图3是采用本发明的传输方法时CC节点和远程节点的数据传输流程图。

图4是原AS5643协议中含有等时和异步传输的示意图

具体实施方式

参阅图1。AS5643总线采用STOF包进行网络节点同步,CC节点在总线上周期性发送STOF包，两个STOF包之间的时间间隔为一个帧周期，帧周期的长度可根据工程需要进行设置。该传输方案将一个帧周期分为等时和异步时隙两个部分，两个时隙的时间长度及先后顺序可根据工程需要进行规划和设置。其中等时时隙内包含了可使节点发送多个同一通道等时数据包的多个循环周期，并且在等时时隙内发送的循环开始包数量，由等时时隙时间规划来确定。图1中示例了等时时隙在前的一种方式，在等时时隙内只允许传输等时数据包，异步时隙内只允许传输异步包，且异步包相对于STOF包的收发偏移时间都设置在异步时隙内，从而将两类数据包的传输分配到了相对独立的两个时隙，互不产生影响，且等时传输也使用AS5643总线为节点预分配的通道号。等时和异步传输的具体实现方式如下：

参阅图2。在等时时隙内，循环开始包以125μs为周期进行循环发送，并由CC节点负责循环开始包的周期性发送。等时时隙的时间长度设置为125μs的整数倍，且等时时隙内只允许各个节点之间传输等时数据包，有需要发送等时包的节点在检测到循环开始包之后即可进行总线仲裁并发送等时包。根据IEEE-1394协议，在一个循环周期内只能有一个发往同一通道的等时数据包，由于本发明提出的优化传输方案的等时时隙包含了多个循环周期（125μs），所以，在本发明提出的传输方法的等时时隙内可以传输多个等时包到同一通道，从而可以满足等时数据传输量较大的应用。

本发明只在等时时隙内开启循环开始包的周期性发送，所以在CC节点完成STOF包的发送后应立即开启循环开始包，并在等时时隙结束时关闭循环开始包的周期性发送。在异步时隙内，禁止了循环开始包的发送，该时隙内只允许传输异步包，且各个节点的收发传输偏移（AS5643协议中规定的相对于STOF包的时间偏移）都设置在异步时隙的时间范围内，各个节点在异步时隙内分时占用总线资源，不存在抢占和延迟的问题，可以保证传输的确定性。

AS5643总线上存在一个CC节点和多个远程节点，CC节点和远程节点在总线上承担的任务不同，所以对应的总线操作也不相同。以下用示例说明CC和远程节点采用本发明提出的传输方法时的操作流程，示例中将等时时隙设置在帧周期的前一段时间，将等时时隙设置在其它时间段也属于本专利的范围。按照本发明提出的优化传输方案，CC和远程节点各自的操作流程如下：

参阅图3（a）。CC节点承担STOF包的周期性传输功能，在CC节点的协议处理器中需要设置一个帧周期定时器，当定时周期到之后CC节点启动STOF包的发送，随后开启循环开始包的发送。在等时时隙内，节点之间可以进行等时数据包的传输，且可以传输多个等时包到同一通道。在节点进行等时传输之前，首先需要经过等时仲裁获取总线的使用权，当有多个节点需要传送等时数据包时，节点之间等时包传输的先后顺序是不确定的，但一个帧周期内需要传输的等时数据包的数据量是预先确定的，根据等时传输数据量的大小可确定等时时隙的时间长度。当等时时隙结束后，CC节点应立即关闭循环开始包的自动发送，在异步时隙内，各个节点（包括CC节点和多个远程节点）之间按照设置的收发传输偏移传输异步包，直到异步周期结束后CC节点再一次进行STOF包的发送，如此循环反复。

参阅图3（b）。远程节点的所有操作都以CC节点发来的STOF包为基准，按照相对于STOF包的时间偏移进行收发操作，远程节点的协议处理器中需要设置一个计算时间偏移的定时计数器，用于在设定的偏移时刻触发相应的收发操作。当远程节点收到STOF包后即进入等时传输时隙，远程节点进入等时数据包收发模式并进行等时数据包的收发，等时时隙包含了多个循环周期，经过多个循环周期后，远程节点可以发送多个等时数据包到同一通道，也可接收到多个来自同一节点或不同节点的等时包。当相对于STOF包的时间偏移达到等时时隙长度之后，远程节点立即切换到异步收发模式，远程节点按照设定的收发传输偏移进行异步数据包的收发操作，直至异步时隙结束，随后再次以收到STOF包的时刻为基准进行等时和异步数据包的收发操作，如此循环反复。

Claims (8)

1.一种AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，具有如下特征：总线的一个数据传输帧周期被分为等时时隙和异步时隙两个部分，其中等时时隙内包含了可使节点发送多个同一通道等时数据包的多个循环周期，并且在等时时隙内发送的循环开始包数量，由等时时隙时间规划来确定，等时时隙内只传输等时数据包，相应地，异步时隙内则只传输异步包，且异步包相对于帧开始包（STOF包）的收发偏移时间都设置在异步时隙内；在异步时隙内关闭循环开始包的周期性发送，由总线上的主控节点：CC节点控制循环开始包的周期性发送和禁止发送。

2.如权利要求1所述的AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，其特征在于，等时数据包和异步数据包的传输被分配到相对独立的两个时隙，等时时隙的时间长度设置为125μs的整数倍。

3.如权利要求1所述的AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，其特征在于，在等时时隙内，循环开始包以125μs为周期进行循环发送，并由CC节点负责循环开始包的周期性发送。

4.如权利要求1所述的AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，其特征在于，等时时隙内只允许各个节点之间传输等时数据包，有需要发送等时包的节点在检测到循环开始包之后，进行总线仲裁并发送等时包。

5.如权利要求1所述的AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，其特征在于，在CC节点中设置一个帧周期定时器，当定时周期到之后CC启动STOF包的发送，并随后开启循环开始包的发送。

6.如权利要求1所述的AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，其特征在于，当等时时隙结束后，CC节点通过设置链路层控制器立即关闭循环开始包的自动发送，在异步时隙内，各个节点之间，包括CC节点和多个远程节点按照设置的收发传输偏移传输异步包，直到异步周期结束后CC节点再一次进行STOF包的发送，如此循环反复。

7.如权利要求1所述的AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，其特征在于，当远程节点收到STOF包后即进入等时传输时隙，远程节点进入等时数据包收发模式进行等时数据包的收发，等时时隙包含了多个循环周期，经过多个循环周期后，远程节点可以发送多个等时数据包到同一通道，也可接收到多个来自同一节点或不同节点发来的等时数据包。

8.如权利要求1所述的AS5643总线中包含等时数据包的传输方法，其特征在于，当相对于STOF包的时间偏移达到等时时隙长度之后，远程节点立即切换到异步收发模式，远程节点按照设定的收发传输偏移进行异步数据包的收发操作，直至异步时隙结束，随后再次以收到STOF包的时刻为基准进行等时和异步数据包的收发操作，如此循环反复。

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