[发明专利]动态可重构高速串行总线中的多主仲裁方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌入式系统总线中多主仲裁方法，尤其涉及一种动态可重构 高速串行总线中的多主仲裁方法。

背景技术

动态可重构高速串行总线(UM-BUS)是针对系统小型化与嵌入式一体化设 计提出的一种能够将冗余容错与高速通信有机统一，具备远程扩展能力的高速串 行总线。如图1所示，它采用基于M-LVDS技术的总线型拓扑结构，支持多节 点直接互连，最多可使用32条通道并发传输通信。在通信过程中，如果某些通 道出现故障，总线控制器可实时地监测出来，将数据动态分配到剩余有效通道上 进行传输，实现动态重构，对通信故障进行动态容错。

UM-BUS总线采用主从命令应答的通信模式，通过数据包的形式进行信息 交互。连接在总线上的通信节点按功能不同可分为主节点、从节点和监控节点， 总线通信过程总是由主节点发起，从节点响应来完成的。UM-BUS总线具有时 间同步功能，可保证总线各个节点之间时间系统的精确同步。UM-BUS总线支 持单主(Signal Master)通信与多主(Multi Master)通信两种通信模式。在多主 模式下，总线上可以存在多个主节点，多个主节点间需要通过仲裁方式来竞争总 线使用权。

常用的总线及网络仲裁方法包括CSMA/CD算法、令牌传递算法、时间片轮 转方法等，可用于以太网、令牌环网等通信网络或总线中，通过仲裁解决总线竞 争和冲突。对于UM-BUS总线，上述仲裁算法存在着仲裁效率低、传递延迟大、 令牌丢失、带宽利用率差等问题，不能满足UM-BUS总线对实时性、可靠性的 需求。

针对UM-BUS总线的特点，本发明提出一种可变时隙轮转的仲裁方法，用 来满足UM-BUS总线多主仲裁在实时性与可靠性方面的需求。

发明内容

本发明的目的在于设计一种适于UM-BUS总线结构、开销低、效率高、可 靠性好的多主仲裁算法，满足UM-BUS总线多主工作模式下通信的实时性与可 靠性要求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种动态可重构高速串行总线的多主仲裁方法，其特征在于：当总线上存在 多个主节点时，通过可变时隙轮转的方法，为各个主节点分配总线使用权；所述 可变时隙轮转方法具体内容为：

(1)在总线空闲时，将总线时间划分为仲裁时隙，所述仲裁时隙是合适大 小的时间片，对应分配给各个主节点；

(2)每个所述主节点设置一个同步的时间片定时器与时隙计数器，用于产 生总线仲裁时隙的定时与计数；

(3)总线上某一个主节点需要占用总线进行通信时，需等待其对应的仲裁 时隙到来，在其对应的仲裁时隙到达后，延迟一段时间开始占用总线，启动通信 过程，待通信过程结束后，再释放总线；

(4)总线上的所有节点一直对总线上的通信过程进行监测，当监测到总线 上的通信过程时，立即停止本节点时间片定时器的定时，将仲裁时隙扩展为一个 通信时间片；监测到总线通信过程结束后，再恢复时间片定时器的定时，恢复仲 裁时隙的轮转过程。

进一步地，对所划分的仲裁时隙按照总线支持的主节点数量循环编号，并将 每个仲裁时隙按编号对应的方式分配给各个主节点。

进一步地，总线空闲时划分的仲裁时隙的长度远小于总线通信过程所需要的 时间长度，该时隙长度需满足最坏情况下各总线节点对总线通信过程监测的需 要，当一个主节点在其对应的仲裁时隙内占用总线开始通信过程后，总线上的其 余节点必须能够在该仲裁时隙中检测到总线通信过程的开始，停止时间片定时器 的定时，暂时停止仲裁时隙的定时与轮转，实现时隙的扩展。

本发明实现的动态可重构高速串行总线中的多主仲裁方法采用前述可变时隙轮转方法，通过减小仲裁时隙长度，可以加快总线上各个主节点时隙轮转速度， 减少通信资源浪费，提高仲裁效率，提高总线系统的实时性。当总线上各个节点 之间能够保持良好的时间同步时，这种轮转的时隙相当于在总线各个节点之间传 递一种不会丢失的虚拟令牌，提高了总线仲裁的可靠性。

附图说明

图1是UM-BUS总线的拓扑结构图；

图2是UM-BUS总线协议层次模型图；

图3是UM-BUS总线数据传输过程与数据通路示意图；

图4是总线仲裁时隙分配及时隙扩展示意图；

图5是主节点仲裁过程流程图。

具体实施方式