动态可重构总线监听系统的三级缓冲存储装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种嵌入式系统总线监听系统中数据缓冲存储装置，尤其涉及一 种动态可重构总线监听系统中的监听数据的缓冲存储装置。
【背景技术】
[0002] 动态可重构总线（UM-BUS)是针对高可靠嵌入式应用场合所定义的一种基于 M-LVDS的总线型拓扑结构的高速串行总线，如图1所示，采用总线型拓扑结构，支持多节点 直接互连，最多可使用32条通道并发传输数据。如果某些通道出现故障，总线控制器可实 时地检测出来，将数据动态分配到剩余有效的通道上进行传输，实现动态重构，对通信故障 进行动态容错。
[0003] UM-BUS总线的通信协议模型如图2所示，从上到下依次为处理层、数据链路层、物 理层。其中处理层负责对整个总线的管理、协议封装和对上层应用接口的转换。数据链路层 又分为传输子层和MAC子层两部分，传输子层根据现存的有效线路对数据进行分组和动态 重构。有效线路的信息由MAC子层通过链路检测提供。物理层是协议的最底层，它为数据 通信提供传输媒体及互连设备，实现了网络的物理连接，完成了串并转换、8b/10b编解码、 时钟同步等功能，为总线提供可靠的通信基础。
[0004] 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。总 线上的节点按功能不同可划分为主节点、从节点及监视节点，一次通信过程只能由主节点 发起并且由从节点响应，监视节点用于监视总线上的通信过程。如图3所示，数据通信时， 在发送端，处理层从上层接口获得数据并存储到数据缓冲区，在传输子层根据MC子层提 供的有效线路信息将数据包动态均衡地分配到有效通道上，在物理层将分组数据包装后， 经8b/10b编码成比特流发送到链路上。在接收端，物理层将收到的数据进行时钟同步、 8b/10b解码、串并转换后，将通道数据解包，然后在传输子层根据MC子层提供的有效线路 信息将数据进行动态组织并存储在数据缓冲区，最后由处理层交给应用层处理。
[0005] 表1给出了 UM-BUS总线通信数据包的组织格式，通信数据包由16字节的命令头 和1025字节的主体数据构成。UM-BUS总线通信数据包分为长包与短包两种格式，短包只包 括16字节的命令头部分，长包则由命令头和数据两部分组成。长包只在存储器空间写命令 及读应答时使用，其它命令与应答则全部采用短包传送。命令/状态帧类型字节目前只定 义了低4位，规定了数据包类型。目前定义的数据包类型共8种：10读命令、IO写命令、存 储器读命令、存储器写命令、配置空间读命令、配置空间写命令、带数据状态包与不带数据 状态包。
[0006] 表1 UM-BUS总线通信数据包格式
[0007]
[0008] 其中：B表示字节，命令头CRC与数据CRC分开计算
[0009] UM-BUS总线采用"命令-应答-确认"三段式通道故障检测算法，在复位后或出 现故障时，由主节点启动对从节点进行总线通道健康状态检测过程。如图4所示，通道检测 过程从时间上分为三个阶段：①检测命令发送阶段，主节点从所有总线通道上向被检测的 从节点发送检测命令包，启动通道检测过程；②检测状态应答阶段，被检测的从节点从所有 收到检测命令的总线通道上，向发起检测的主节点回送检测应答包；③检测结果确认阶段， 主节点再从所有收到检测应答包的通道上，向被检测的从节点发送检测确认包。对于主节 点，能够收到检测应答包的通道是健康通道；对于从节点，能够收到检测确认包的通道是健 康通道。在规定时间内主节点没有收到从节点的检测应答包，或从节点没有收到主节点的 检测确认包，均认为检测过程超时，通道不可用。通道检测完成后，参与检测过程的主、从两 个节点依据检测信息包接收情况分别更新各自的通道健康状态表。
[0010] UM-BUS总线监视节点按图1所示的拓扑结构挂接在总线上，对总线上的通信、检 测等活动进行监听记录，并将记录的总线活动信息传送给后台处理主机（PC机）进行分类、 分析，使得总线使用者能够全面地掌握总线各节点设备的工作情况，方便总线应用系统的 调试与问题分析。总线监视节点只对总线上的活动进行监听记录，不能向总线发送信息。总 线监视节点的核心由一个总线监听系统构成，其功能是对总线上所有通道进行监听，采集 记录总线上各种通信过程、检测过程及其它活动过程的命令、状态、数据及时间等通信信息 及工作状态数据。
[0011] 总线监听系统在工作过程中，需要对UM-BUS总线上的所有通信活动进行记录，并 传送到后台处理主机上进行分析。在32通道配置时，UM-BUS总线峰值通信速率可以达到 6. 4Gbps，包括监听现场工作数据（如时间码、缓冲器指针等），在峰值状态下监听系统实际 产生的需要传送给后台处理主机的数据速率可达到lGB/s以上，远远超过了现行PC机的处 理能力和通信速率，为了不丢失监听系统监听到的总线活动数据，就必须在监听系统中设 置大容量高速缓冲器，对监听数据进行临时存储。
[0012] 由于需要对总线上的活动进行全面监听，UM-BUS总线监听系统会产生包括命令 头数据、长包数据、错误信息、通道检测信息等多种不同的监听信息，甚至这些不同的监听 信息还会同时到达，并且对于每一种监听信息还需要与时间码等监听现场工作数据组包存 储，因此采用常规缓冲方法，为每一种信息设置一个缓冲区，或者为所有信息设置一个总的 缓冲区，不能满足UM-BUS总线监听系统对多种监听数据的高速并发存储。
【发明内容】
[0013] 本实用新型的目的在于设计一种动态可重构总线监听系统的多级缓冲存储装置， 能够对动态可重构总线监听系统监听到的所有总线活动信息进行高速并发存储，并在存储 过程中对监听信息和工作现场数据进行组包。
[0014] 为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
[0015] -种动态可重构总线监听系统的三级缓冲存储装置，其特征在于：所述三级缓冲 存储装置包括总线数据监测模块、通道检测识别模块、定时器、一级缓冲区、二级缓冲区、三 级缓冲区和主机传输控制模块。
[0016] 本实用新型实现的动态可重构总线监听系统的三级缓冲存储装置，采用三级缓冲 二次打包方式，可实现对多种监听信息的高速并发存储，为监听系统对总线通信活动进行 实时、完整的监听记录提供了技术保障。
【附图说明】
[0017] 图1是UM-BUS总线的拓扑结构图；
[0018] 图2是UM-BUS总线协议层次模型图；
[0019] 图3是UM-BUS总线数据传输过程与数据通路示意图；
[0020] 图4是UM-BUS总线通道故障检测方法示意图；
[0021] 图5是动态可重构总线监听系统的三级缓冲存储装置结构图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，动态可重构总线（UM-BUS)采用基于M-LVDS的多通道智能动态冗余 的总线型拓扑结构，支持最多30个通信节点直接互连，节点编号为1~30,编号0和31保 留；使用最多32条通道并发传输数据，各通道编号为0~31 ;两个节点通信时，如果某一通 道出现故障，可通过通道动态冗余及故障重构技术自动屏蔽故障通道，只在健康通道上进 行数据交换。
[0023] UM-BUS采用主从应答方式，在节点间以表1所示的数据包形式交互信息。总线上 的节点按功能不同可划分为主节点、从节点及监视节点。一次通信过程只能由主节点通过 向从节点发送命令包来启动，由从节点回送响应包结束。监视节点用于监视总线上的通信 过程。
[0024] UM-BUS总线监视节点挂接在总线上，对总线上的通信、检测等活动进行监听记录， 并将记录的总线活动信息传送给后台处理计算机进行分类、分析。总线监视节点只对总线 上的活动进行监听记录，不能向总线发送信息。总线监视节点通常由总线监听系统与后台 处理计算机组成，总线监听系统又可由总线监听模块、通信数据缓冲存储器和主机传输控 制模块组成。其中总线监听模块负责对总线上所有通道进行监听，采集总线上各种通信过 程、检测过程及其它活动过程的命令、状态、数据及时间等通信信息及工作状态数据，将这 些信息记录到通信数据缓冲存储器中。传输控制模块在后台处理计算机的控制下将通信数 据缓冲存储器中的监听数据传输给后台处理计算机。后台处理计算机完成对监听数据的分 类分析与存储，供用户使用。
[0025] 基于上述UM-BUS总线及总线监视节点的工作原理，本实用新型的三级缓冲存储 装置的一种【具体实施方式】如下：
[0026] 在总线监听系统中设置如图5所示的一个三级缓冲存储装置，包括总线数据监测 模块、通道检测识别模块、定时器、一级缓冲区、二级缓冲区、三级缓冲区和主机传输控制模 块。
[0027] 总线数据监测模块用于对动态可重构总线进行持续监听，将监听到的通信信息包 写入一级缓冲区；监听到通信错误时，把错误信息写入一级缓冲区。
[0028] 通道检测识别模块用于监听总线通道检测过程，将监听到的检测信息，写入一级 缓冲区。
[0029] 定时器在监听系统中使用本地时钟进行定时计数，通过UM-BUS总线时间同步协 议，产生与总线所有节点同步的时间码，提供给一级缓冲区。
[0030] 一级缓冲区包括命令缓冲器、错误缓冲器和检测缓冲器，各缓冲器大小均设为32 字节，可对一个监测短包进行缓冲存储，