一種基于fpga的powerlink從站幀緩存管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于FPGA的P0WERLINK從站 幀緩存管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]P0WERLINK通信行規(guī)中包含7種類型的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，分別是SoC、PReq、PRes、SoA、ASnd、AMNI、AInv0
[0003] POWERLINK通信行規(guī)中，包含應(yīng)用層數(shù)據(jù)的幀為Preq、Pres、Asnd中的SDO,其余類 型數(shù)據(jù)幀用于網(wǎng)絡(luò)管理。其中Preq、SDO幀屬于單播幀，Pres幀屬于廣播幀。
[0004] 如圖1所示，在POWERLINK通信行規(guī)下有兩種工作模式，在Powerlink模式下，通 信周期細(xì)分為等時(shí)同步階段和異步階段，和空閑階段。其中SoC幀的發(fā)送作為等時(shí)同步階 段的起點(diǎn)，接著重復(fù)進(jìn)行Preq幀/Pres幀過程。SoA幀的發(fā)送作為等時(shí)同步階段的結(jié)束和 異步階段的開始，在異步階段，可以進(jìn)行SDO通信?？臻e階段是一個(gè)周期之中同步階段和異 步階段結(jié)束之后的通信空閑階段，該階段沒有任何數(shù)據(jù)幀的傳輸。
[0005] 網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)幀要求從站在接收到之后立即進(jìn)行處理并且應(yīng)當(dāng)在接收到下一幀 之前處理完畢。過程數(shù)據(jù)幀Preq和Pres要求從站在一個(gè)通信周期內(nèi)處理完畢。
[0006] SDO通信屬于異步通信，從站對(duì)于接收到的SDO幀不必立即進(jìn)行處理，只要在主站 限定的時(shí)間之內(nèi)處理完畢即可，而這個(gè)限定時(shí)間通常大于2個(gè)通信周期。
[0007] 根據(jù)當(dāng)前POWERLINK的解決方案，對(duì)幀的接收緩存處理有兩種途徑：
[0008] 1、使用MAC芯片，所有數(shù)據(jù)幀按照先后到達(dá)的順序全部存入MAC的緩存區(qū)中，由 CPU調(diào)用緩存區(qū)中的內(nèi)容。
[0009] 2、使用可編程器件，如FPGA，調(diào)用0PENMACIP核，0PENMAC將接收緩存DPRAM分成 若干個(gè)區(qū)域，組成存儲(chǔ)緩存隊(duì)列，經(jīng)過0PENMAC過濾的POWERLINK數(shù)據(jù)幀按照先后到達(dá)的順 序依次存放在存儲(chǔ)隊(duì)列中，當(dāng)隊(duì)列排滿后，新的數(shù)據(jù)幀放在隊(duì)列的起點(diǎn)。
[0010] 第一種方案，MAC對(duì)于所有的數(shù)據(jù)幀不加分辨都接收，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的從站數(shù)量增加之 后，其中某一從站必將收到大量不屬于本從站的數(shù)據(jù)幀，如果從站沒有及時(shí)處理數(shù)據(jù)，當(dāng)緩 存區(qū)滿后，必然出現(xiàn)數(shù)據(jù)被覆蓋的情況，造成數(shù)據(jù)的丟失。
[0011] 第二種方案，0PENMAC可以過濾掉不屬于本從站的數(shù)據(jù)幀，但是該方法仍然存在 問題，如前所述，SDO通信屬于異步通信，SDO數(shù)據(jù)幀的處理不要求立即進(jìn)行，受限于隊(duì)列長(zhǎng) 度，SDO數(shù)據(jù)幀仍然可能在被處理之前就被覆蓋掉。
[0012] 對(duì)于上述問題，通常采取的措施是增加通信周期，或者增加緩存區(qū)的長(zhǎng)度，以提供 更多的時(shí)間供從站處理數(shù)據(jù)幀。但是前者將影響通信性能，后者受限于緩存區(qū)的長(zhǎng)度，不可 能無(wú)限增加緩存區(qū)的長(zhǎng)度，同時(shí)兩種措施都不能從根本上解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的主要目的旨在解決上述問題，通過對(duì)幀緩存結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃，避免了 有效數(shù)據(jù)由于處理不及時(shí)而被覆蓋的問題。
[0014] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于FPGA的P0WERLINK從站幀緩存管理 系統(tǒng)，在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀類型檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊，使用FPGA內(nèi)部塊RAM 作為幀緩存區(qū)，在數(shù)據(jù)幀接收過程中由數(shù)據(jù)幀類型檢測(cè)模塊對(duì)當(dāng)前幀的幀類型進(jìn)行識(shí)別， 并將幀類型識(shí)別結(jié)果傳遞給數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊，數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊根據(jù)幀類型識(shí)別結(jié) 果決定存儲(chǔ)下一個(gè)幀的緩存區(qū)序列號(hào)，并且緩存區(qū)序列號(hào)將當(dāng)前數(shù)據(jù)幀存入相應(yīng)的緩存區(qū) 中，其中：數(shù)據(jù)幀類型檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊使用VHDL語(yǔ)言編寫，在FPGA內(nèi)部以 硬件邏輯門的形式實(shí)現(xiàn)，幀緩存區(qū)域使用FPGA內(nèi)部提供的RAM存儲(chǔ)塊，模塊之間通過FPGA 內(nèi)部的導(dǎo)線資源進(jìn)行信息的傳遞，數(shù)據(jù)幀類型檢測(cè)模塊向數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊提供幀類型 fg息。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)幀類型檢測(cè)模塊具體用于：
[0016] 首先對(duì)目的地址進(jìn)行檢測(cè)，C_DLL_MULTICAST_ASND和C_DLL_MULTICAST_PRES分 別為P0WERLINK通信行規(guī)規(guī)定的SDO幀和Pres幀應(yīng)具有的目的地址，如果數(shù)據(jù)幀的目的地 址與這兩者中的某一個(gè)相同，則進(jìn)繼續(xù)判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀的具體類型；如果幀的目的地址與 從站的本地MAC地址相同，則進(jìn)行接下來(lái)的檢測(cè)判斷該幀是否為Preq幀；
[0017] 對(duì)于通過目的地址檢測(cè)的數(shù)據(jù)幀，進(jìn)行以太網(wǎng)類型的檢測(cè)，P0WERLINK通信行規(guī)規(guī) 定的以太網(wǎng)類型的數(shù)值為C_DLL_ETHERTYPE_EPL，符合要求的數(shù)據(jù)幀繼續(xù)對(duì)其目的進(jìn)行檢 測(cè)；
[0018] 目的等于本地NODEID的數(shù)據(jù)幀，認(rèn)為是Sdo幀或者Preq幀；接下來(lái)對(duì)這兩 種幀的源進(jìn)行檢測(cè)，如果源的數(shù)值等于C_ADR_MN_DEF_NODE_ID，則目的地址為C_DLL_ MULTICAST_ASND的為SDO幀，目的地址為本地MAC地址的為Preq幀；
[0019] 目的等于C_ADR_BROADCAST的數(shù)據(jù)幀，對(duì)其源進(jìn)行檢測(cè)，如果源的數(shù)值為交叉通 信從站ID，即與該從站進(jìn)行交叉通信的從站的ID，則認(rèn)為該幀的類型為Pres。
[0020] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊具體包括5個(gè)寄存器，其 中，寄存器CurRxBufReg用于保存當(dāng)前幀所在緩存區(qū)的區(qū)號(hào)，寄存器NextRxBufReg保存 下一個(gè)數(shù)據(jù)幀應(yīng)當(dāng)處于的緩存區(qū)的區(qū)號(hào)，寄存器PreqBufReg、寄存器PresBufReg、寄存器 SdoBufReg分別用于保存當(dāng)前Preq幀、Pres幀、SDO幀所在的緩存區(qū)區(qū)號(hào)。
[0021] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊具體用于：
[0022] 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位或者最近數(shù)據(jù)幀接收完畢之后，首先將NextRxBufReg的值賦給 CurRxBufReg；
[0023] 根據(jù)數(shù)據(jù)幀類型檢測(cè)模塊提供的結(jié)果，更新PreqBufReg，PresBufReg，SdoBufReg 中的數(shù)值：如果幀類型為Preq，則將CurRxBufReg的值賦給CurRxBufReg;如果幀類型為 Pres，則將CurRxBufReg的值賦給PresBufReg;如果幀類型為Sdo,則將CurRxBufReg的 值賦給SdoBufReg;如果幀類型不屬于上述三種類型的任意一種，則不進(jìn)行PreqBufReg， PresBufReg，SdoBufReg的更新；
[0024] 在上述三種寄存器的值更新完成之后，更新NextRxBufReg中的數(shù)值， NextRxBufReg的取值為所有的幀緩存區(qū)區(qū)號(hào)當(dāng)中，不存在于PreqBufReg，PresBufReg， SdoBufReg三個(gè)緩存區(qū)中的所有區(qū)號(hào)中，數(shù)值最小的區(qū)號(hào)。
[0025] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，RAM被分為若干個(gè)幀緩存區(qū)，每個(gè)緩存區(qū)有兩種狀態(tài)， 鎖定和解鎖，處于鎖定狀態(tài)的緩存區(qū)無(wú)法接收數(shù)據(jù)幀，只能被讀??；處于解鎖狀態(tài)的緩存區(qū) 可以被任意讀寫，緩存區(qū)的狀態(tài)由數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊確定，系統(tǒng)復(fù)位之后，所有緩存區(qū)的 狀態(tài)均為解鎖狀態(tài)。
[0026] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，PreqBufReg、PresBufReg、SdoBufReg中保存的是當(dāng)前 被鎖定的緩存區(qū)的序號(hào)，如果為〇,表示當(dāng)前沒有緩存區(qū)被鎖定，如果某一緩存區(qū)的序號(hào)不 在這三個(gè)寄存器當(dāng)中，表明該緩存區(qū)沒有被鎖定，系統(tǒng)復(fù)位后，CurRxBufReg中的值為1， NextRxBufReg中的值為 1，PreqBufReg、PresBufReg、SdoBufReg中的值為 0。
[0027] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在系統(tǒng)復(fù)位之后，第一次接收到的數(shù)據(jù)幀存放在緩存 區(qū)1，之后接收到的數(shù)據(jù)幀的存儲(chǔ)位置由數(shù)據(jù)幀緩存管理模塊決定，。如果當(dāng)前接收到的 數(shù)據(jù)幀的類型為Preq幀，或者Pres幀，或者Sdo幀，則相應(yīng)的，PreqBufReg，PresBufReg， SdoBufReg中的值變?yōu)楫?dāng)前數(shù)據(jù)幀緩存區(qū)的值，同時(shí)NextRxBufReg中的值為為所有未被鎖 定的緩存區(qū)中，序號(hào)最小的緩存區(qū)的序號(hào)，下一個(gè)數(shù)據(jù)幀的存儲(chǔ)位置，即為NextRxBufReg 中的數(shù)值所代表的緩存區(qū)。
[0028] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，緩存區(qū)的總數(shù)