一种确定性低延时报文处理方法技术

本发明专利技术涉及一种快速报文处理方法，具体说是一种用于工业网络、基于硬件实现的、具有时间确定性以及传输低延时等特性的报文处理电路及方法。包括接收电路、数字锁相环、发送电路、本地报文交互处理模块。本发明专利技术电路面向工业网络，基于硬件实现，可以提供低延时和低延时抖动。采用快速转发电路、控制状态机等电路结构，针对无需工业网络节点处理、仅需转发给其他节点的报文可快速送至发送电路，提供较低的、固定的报文转发延时。本发明专利技术电路采用数字锁相环、接收电路等电路结构，可以将串行总线接收信号向本地工作时钟同步，可以提供更精确的信号处理延时。的信号处理延时。的信号处理延时。

【技术实现步骤摘要】
一种确定性低延时报文处理方法


[0001]本专利技术涉及一种快速报文处理方法，具体说是一种用于工业网络、基于硬件实现的、具有时间确定性以及传输低延时等特性的报文处理电路及方法。

技术介绍

[0002]在工业网络的应用场景中，报文处理的确定性、低延时指标是工业网络的重要指标，该指标与工业网络系统的性能密切相关。工业网络中报文处理的延时指的是工业网络中某节点从接收到其他节点的报文到开始发送本节点的报文所耗费的时间；工业网络中报文处理的确定性指的是上述延时的延时抖动程度保持一定的稳定性。网络节点间的延时及确定性与工业网络系统的性能具有较大的相关性，决定了工业网络系统的响应速度、同步性能、节点数量、最小循环周期等技术指标。
[0003]传统的工业网络报文处理方法是：报文无论是否为当前节点的报文，均要经过当前节点中的处理器处理之后，再转发给下一节点。报文在节点处理的过程中，需要由处理器或DMA处理，经存储器存储转发等过程，从而引入额外了较大的延时，并且延时抖动的可控性较差。本专利所述的报文处理方法采用硬件处理结构、报文由接收端口经固定延时直接由发送端口转出。对比于本专利所述的硬件报文处理方案，传统的处理方法在时延及确定性方面性能较差，对于具有强实时性要求的工业网络应用场景将不再适用；同时，网络侧的时钟与网络节点本地的时钟不同步也使得数据传输延时的确定性无法保证。

技术实现思路

[0004]针对传统工业网络报文处理中的不足，本专利技术的目的是提供一种面向具有强实时性需求的工业网络应用场景的、基于硬件的，用于工业网络节点的低延时确定性报文处理电路及方法。该电路对传统工业网络报文处理电路包含两项改进：第一是增加了数字锁相环电路，在节点接收到报文后以及节点发送报文前均进行时钟相位修正；第二是采用硬件处理结构、增加了快速转发电路，对原本需要经过存储器存储转发结构处理的报文直接转发至下一节点。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006]一种确定性低延时报文处理方法，包括以下步骤：
[0007]接收电路接收来自网络侧的串行总线接收信号并提取工业网络时钟，将工业网络时钟输出至数字锁相环；
[0008]数字锁相环接收工业网络时钟和本地的本地参考时钟，生成本地工作时钟和发送电路时钟，将本地工作时钟分别发送给接收电路、本地报文交互处理模块，将发送电路时钟发送给发送电路；
[0009]接收电路接收本地工作时钟，将串行总线接收信号向本地工作时钟同步，生成串行总线接收信号1，将串行总线接收信号1发送给本地报文交互处理模块；
[0010]本地报文交互处理模块对串行总线接收信号1进行处理，生成串行总线发送信号1
并发送给发送电路；
[0011]发送电路接收到串行总线发送信号1，结合发送电路时钟，将串行总线发送信号发送至工业网络。
[0012]所述本地工作时钟与工业网络时钟的相位差保持固定，所述发送电路时钟与工业网络时钟的相位差保持固定。
[0013]所述本地报文交互处理模块对串行总线接收信号1的处理包括以下步骤：
[0014]校验检查电路接收串行总线接收信号1，生成校验指示信号并发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块；
[0015]接收串并转换电路接收串行总线接收信号1和来自控制状态机的控制信号1，将串行总线接收信号1转换为并行接收数据，发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块，同时生成接收时间戳锁存信号，发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块，接收串并转换电路在接收到来自控制状态机的控制信号1后，发送并行接收数据至控制状态机；
[0016]控制状态机接收并行接收数据，生成接收数据字段指示，将接收数据字段指示发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块，将控制信号1发送至接收串并转换电路,将控制信号2发送至发送并串转换电路，将控制信号3发送至快速转发电路，将控制信号4发送至校验生成电路；
[0017]发送并串转换电路在接收到控制信号2后，将来自本地报文交互处理模块外部的本地并行发送数据转换成本地发送数据，发送给快速转发电路，同时生成发送时间戳锁存信号，发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块；
[0018]快速转发电路根据控制信号3选择处理串行总线接收信号1或本地发送数据，将其作为发送数据发送至校验生成电路；
[0019]校验生成电路接收到发送数据后，根据控制信号4，生成发送校验数据并发送至快速转发电路；
[0020]快速转发电路根据控制信号3，将串行总线接收信号1，或者本地发送数据加上发送校验数据后，作为串行总线发送信号1发送至发送电路。
[0021]通过奇偶校验、累加和校验或循环冗余校验中任意一种方法生成所述校验指示信号。
[0022]一种确定性低延时报文处理系统，包括：接收电路、数字锁相环、本地报文交互处理模块以及发送电路，其中：
[0023]接收电路，用于接收来自网络侧的串行总线接收信号并提取工业网络时钟，将工业网络时钟输出至数字锁相环以及接收本地工作时钟，将串行总线接收信号向本地工作时钟同步，生成串行总线接收信号1，将串行总线接收信号1发送给本地报文交互处理模块；
[0024]数字锁相环，用于接收工业网络时钟和本地的本地参考时钟，生成本地工作时钟和发送电路时钟，将本地工作时钟分别发送给接收电路、本地报文交互处理模块，将发送电路时钟发送给发送电路；
[0025]本地报文交互处理模块，用于串行总线接收信号1进行处理，生成串行总线发送信号1并发送给发送电路；
[0026]发送电路，用于接收到串行总线发送信号1，结合发送电路时钟，将串行总线发送
信号发送至工业网络。
[0027]所述本地报文交互处理模块包括：检验检查电路、接收串并转换电路、控制状态机、发送并串转换电路、快速转发电路以及校验生成电路，其中：
[0028]校验检查电路，用于接收串行总线接收信号1，并生成校验指示信号并发送至本地报文交互处理模块外部；
[0029]接收串并转换电路，用于接收串行总线接收信号1和来自控制状态机的控制信号1，将串行总线接收信号1转换为并行接收数据，发送至本地报文交互处理模块外部，同时生成接收时间戳锁存信号，发送至本地报文交互处理模块外部，接收串并转换电路在接收到来自控制状态机的控制信号1后，发送并行接收数据至控制状态机；
[0030]控制状态机，用于接收并行接收数据，生成接收数据字段指示、控制信号1、控制信号2、控制信号3、控制信号4，将接收数据字段指示发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块，将控制信号1发送至接收串并转换电路，用于使能串并转换，将控制信号2发送至发送并串转换电路，用于控制本地并行发送数据到本地发送数据的转换，将控制信号3发送至快速转发电路，用于控制串行总线接收信号1、本地发送数据、发送校验数据的多路选择，将控制信号4发送至校验生成电路，用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定性低延时报文处理方法，其特征在于，包括以下步骤：接收电路接收来自网络侧的串行总线接收信号并提取工业网络时钟，将工业网络时钟输出至数字锁相环；数字锁相环接收工业网络时钟和本地的本地参考时钟，生成本地工作时钟和发送电路时钟，将本地工作时钟分别发送给接收电路、本地报文交互处理模块，将发送电路时钟发送给发送电路；接收电路接收本地工作时钟，将串行总线接收信号向本地工作时钟同步，生成串行总线接收信号1，将串行总线接收信号1发送给本地报文交互处理模块；本地报文交互处理模块对串行总线接收信号1进行处理，生成串行总线发送信号1并发送给发送电路；发送电路接收到串行总线发送信号1，结合发送电路时钟，将串行总线发送信号发送至工业网络。2.根据权利要求1所述的一种确定性低延时报文处理方法，其特征在于，所述本地工作时钟与工业网络时钟的相位差保持固定，所述发送电路时钟与工业网络时钟的相位差保持固定。3.根据权利要求1所述的一种确定性低延时报文处理方法，其特征在于，所述本地报文交互处理模块对串行总线接收信号1的处理包括以下步骤：校验检查电路接收串行总线接收信号1，生成校验指示信号并发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块；接收串并转换电路接收串行总线接收信号1和来自控制状态机的控制信号1，将串行总线接收信号1转换为并行接收数据，发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块，同时生成接收时间戳锁存信号，发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块，接收串并转换电路在接收到来自控制状态机的控制信号1后，发送并行接收数据至控制状态机；控制状态机接收并行接收数据，生成接收数据字段指示，将接收数据字段指示发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块，将控制信号1发送至接收串并转换电路,将控制信号2发送至发送并串转换电路，将控制信号3发送至快速转发电路，将控制信号4发送至校验生成电路；发送并串转换电路在接收到控制信号2后，将来自本地报文交互处理模块外部的本地并行发送数据转换成本地发送数据，发送给快速转发电路，同时生成发送时间戳锁存信号，发送至本地报文交互处理模块外部，即本节点内其他功能模块；快速转发电路根据控制信号3选择处理串行总线接收信号1或本地发送数据，将其作为发送数据发送至校验生成电路；校验生成电路接收到发送数据后，根据控制信号4，生成发送校验数据并发送至快速转发电路；快速转发电路根据控制信号3，将串行总线接收信号1，或者本地发送数据加上发送校验数据后，作为串行总线发送信号1发送至发送电路。4.根据权利要求3所述的一种确定性低延时报文处理方法，其特征在于，通过奇偶校验、累加和校验或循环冗余校验中任意一种方法生成所述校验指示信号。...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢闯，赵纯，王剑，杨志家，董策，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：