СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛУ Fast Channel МЕЖДУ ФИЗИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ Российский патент 2016 года по МПК H04L12/70 G06F13/00 

Изобретение относится к области средств передачи информации в виде пакетов, и может быть использовано в различных областях науки и техники, предпочтительно, для передачи информационных сообщений между устройствами различной степени интеллекта.

Известен (RU патент 2396715, опубл. 2010) способ передачи данных, при реализации которого мультиплексируют общий пилотный канал, предназначенный для использования множеством абонентов, и общий канал управления, включающий в себя управляющую информацию, необходимую для демодуляции общего канала данных, который несет полезную информацию, в частотной или временной области либо в обеих указанных областях, а также мультиплексируют общий канал данных в частотной или временной области либо в обеих указанных областях, относительно общего пилотного канала и общего канала управления; выполняют обратное Фурье-преобразование мультиплексированного сигнала для формирования символа и производят передачу сформированного символа.

Недостатком известного способа можно признать применимость его только для радиоканалов, где информация передается посредством радиоволн, в то время как канал Fast Channel предназначен для использования в системах, где физические устройства обмениваются информацией по проводным (оптоволоконным/медным) линиям связи.

Известен также (RU патент 2289207, опубл. 2006) способ для передачи дискретной информации по оптическому каналу, заключающийся в том, что MN-разрядных цифровых данных в параллельном коде объединяют в групповую битовую последовательность, преобразуют в оптические импульсы, направляют в оптический канал связи, на другом конце канала связи преобразуют в электрические импульсы и разуплотняют, причем MN-разрядных цифровых данных в параллельном коде преобразуют в М X N оптических сигналов, а объединяют и разуплотняют их в оптическом диапазоне путем задержки на фиксированные промежутки времени и преобразования длины волны оптического излучения.

Недостатком известного технического решения следует признать применимость его только в оптических линиях связи, в то время как Fast Channel может использоваться как в оптических, так и медных линиях.

В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлен источник информации, который мог бы быть использован в качестве ближайшего аналога разработанного способа.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в разработке нового способа передачи информации между физическими объектами.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в использовании расширенного диапазона частот относительно исходного стандарта PCI Express, в том числе использования пониженных частот, а также упрощения конфигурации системы в целом, что позволяет уменьшить энергопотребление, а также обеспечение гарантированной доставки данных, не смотря на случайные ошибки на линии связи.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ передачи информации по каналу Fast Channel между физическими устройствами. Разработанный способ характеризуется предварительным определением количества необходимых оконечных станций и коммутаторов с определением необходимой топологии каналов связи между ними путем пропускания через используемые каналы связи конфигурационных пакетов, настраивают используемые коммутаторы и оконечные устройства для приема/передачи информации, передаваемую информацию разбивают на пакеты для передачи по стандарту PCI-Express с размером поля данных (Payload) не свыше 4 килобайт, при этом каждый пакет состоит из заголовка и поля данных (Payload), предназначенного в том числе и для записи передаваемой информации, а заголовок содержит информацию о типе пакета, адрес отправителя пакета и адрес приемника, в качестве формата обмена данными используют уровни PCI-Express, а именно: Physical Layer, Data Link Layer, Transaction Layer со скоростью 1.0625; 1.25; 2.125; 2.5; 4.25; 5.0; 5.3125; 8.0; 8.5; 10.625 Гигабит/сек.

Для изменения режимов работы устройств, между которыми происходит передача информации, т.е. при необходимости перестройки топологии каналов, одновременно с информационными пакетами передают дополнительные конфигурационные пакеты.

Преимущество разработанного способа состоит, в частности, и в том, что в устройствах могут быть использованы оптические приемо-передатчики, рассчитанные на определенный частотный диапазон, в частности до 1.5 Гигагерц. Стандарт PCI-Express работает только на фиксированный частотах 2.5, 5.0, 8.0 Гигагерц. А стандарт Fiber Channel не обеспечивает гарантированную доставку данных. Использование разработанного способа позволяет устранить это несоответствие. Канал Fast Channel является последовательной шиной со скоростью передачи данных 1.0625; 1.25; 2.125; 2.5; 4.25; 5.0; 5.3125; 8.0; 8.5; 10.625 Гигабит/сек. Все данные передают в пакетном базисе. Существует следующие основные типы обращений (передачи и запросы на передачу данных):

- Конфигурационные обращения. Конфигурационная запись и конфигурационное чтение.

- Обращения типа Memory Write (запись данных).

- Обращение типа Memory Read (чтение данных).

В свою очередь, обращения типа Memory Write или Memory Read могут быть 32-х или 64-х разрядными. В первом случае используют пакеты с заголовком, состоящим из 3-х слов (3DW), во втором - с заголовком, состоящим из 4-х слов (4DW). 64-х разрядные обращения с заголовком 4DW используют в комплексе для передачи данных на обработку. 32-х или 64-х разрядные обращения используют для записи/чтения управляющих и статусных регистров устройств комплекса.

Ниже приведены типы пакетов, используемые для обмена между устройствами комплекса по шине Fast Channel.

Данный пакет используют для записи конфигурационных регистров устройства на шине Fast Channel.

Requester ID - идентификатор устройства, инициировавшего запись.

Bus Number - номер шины.

Device Number - номер устройства.

Function Number - номер функции.

Пакет Configuration Туре 0 Read служит для чтения конфигурационных регистров устройства на шине Fast Channel.

Пакет Completion для Configuration Read является ответом на запрос чтения конфигурационного регистра соответствующего модуля Fast Channel. Пакет отправляется модулем Fast Channel в ответ на запрос со стороны модуля, инициировавшего запрос Configuration Read. В качестве Completer ID подставляется значение Device ID, присвоенное устройству. Requester ID и Tag копируются из соответствующих полей запроса Configuration Read.

Пакеты типа Memory Read служат для чтения информации из устройства на шине Fast Channel. Поле Address пакета содержит адрес устройства, из которого необходимо прочесть информацию. Соответственно пакеты типа Memory Read 3 DW используют 32-х битную адресацию, а пакеты типа Memory Read 4 DW используют 64-х битную адресацию.

Пакеты типа Memory Read не имеют Payload. Поле Length первого слова данных пакетов означает длину Payload, которую должен иметь ожидаемый пакет Completion (ответ на чтение).

Пакет Completion является пакетом ответа на запрос чтения Memory Read.

Для пакетов Completion и Memory Write биты 9:0 первого слова пакета означают длину поля данных (Payload) пакета.

Если указано «0000000000», это интерпретируется как «10000000000», то есть длина Payload пакета в этом случае составляет 1024 слова. 1024 слова - это максимально возможная длина Payload пакета типа Completion и Memory Write.

Пакеты типа Memory Write служат для записи информации в устройство на шине Fast Channel. Поле Address пакета содержит адрес устройства, в которое необходимо записать информацию. Соответственно пакеты типа Memory Write 3DW используют 32-х битную адресацию, а пакеты типа Memory Write 4DW используют 64-х битную адресацию.

Данные для обработки передают пакетами в структуре кадра. Структура кадра представляет собой набор пакетов или один пакет (в том случае, если количество передаваемых данных не больше максимально возможной длины пакета по данным (Payload) с учетом служебных слов). При этом первый пакет кадра должен содержать признак начала кадра, а последний пакет - признак конца кадра. Также каждый пакет в структуре кадра содержит поле цвета, которое определяет источник поступающих данных, или в конечном счете, место назначения данных данного кадра. Таким образом, благодаря полю цвета устройство Fast Channel, имея только один адрес/идентификатор на шине Fast Channel, может дифференцировать передачу или прием до 1024 различных массивов данных. Ниже показана структура кадра в пакетном базисе.

Пакет «Memory Write 4DW. Frame structure» («передача данных в структуре кадра») отличается от обычного пакета «Memory Write 4DW» тем, что после заголовка идут два служебных слова. Эти 2 слова относятся не к заголовку пакета, а к его Payload, поэтому длина Payload (Length в битах 9:0 первого слова пакета) указывается, считая эти служебные слова.

Первое служебное слово содержит:

Признак начала кадра SOF - 31-й разряд - 1 - пакет является первым пакетом кадра, 0 - пакет не является первым пакетом кадра.

Признак конца кадра EOF - 30-й разряд - 1 - пакет является последним пакетом кадра, 0 - пакет не является последним пакетом кадра.

Если весь кадр передается одним пакетом, то в этом пакете оба признака - SOF и EOF - должны иметь значение ′1′.

Color - 10-ти разрядный цвет данных в данном пакете.

Второе служебное слово содержит:

Frame Flags - опциональное поле с флагами ошибок и статусными битами, зависящими от конкретной реализации системы. Поле Frame Flags позволяет контролировать приходящие кадры с данными на предмет целостности и актуальности содержащихся в принимаемых кадрах данных. Благодаря этому полю, устройство может диагностировать ту или иную неисправность, возникшую при работе. Наиболее типично использование следующих флагов:

- Flag Padding - если флаг содержит 1, это означает, что данный кадр был дополнен нулями, т.е. в ожидаемое время прихода кадра не было принято необходимого количества слов.

- Flag Cutting - если флаг содержит 1, это означает, что данный кадр был обрезан, т.е. в ожидаемое время прихода кадра было принято больше необходимого числа слов и лишние слова были отброшены.

- Flag Frame Missing - если флаг содержит 1, это означает, что в ожидаемое время прихода кадра не было принято ни одно слово и весь кадр был дополнен нулями.

- Flag Frame Structure Error - если флаг содержит 1, это означает, что при приеме данного кадра не было пакета с признаком EOF, но пришел очередной пакет с признаком SOF.

Frame Counter - 15-ти разрядный счетчик кадров. Инкрементируется по каждому переданному кадру с данными.

Использование полей Frame Flags и Frame Counter является опциональным и определяется конфигурационными регистрами устройства Fast Channel.

Для пакетов «Memory Write 3DW. Frame structure» использование структуры кадра аналогично описанному выше для пакетов «Memory Write 4DW» с единственным отличием: второе служебное слово (с Frame Flags и Frame Counter) присутствует только в первом пакете кадра (отмеченном признаком SOF=′1′), все остальные пакеты кадра содержат только одно служебное слово (с SOF, EOF и Color).

Применение структуры кадра в передаваемых пакетах данных позволит иметь привязку данных к определенному кадру (временному отсчету), что актуально для устройств, передающих информацию в режиме реального времени. Модуль Fast Channel, выставляя биты SOF и EOF, а также сопровождая поток номером кадра, определяет, где начинаются и где заканчиваются данные данного временного интервала, были ли пропуски кадров в ходе работы.

Все конечные приемные и передающие устройства должны иметь контроль структуры кадра на предмет ошибок в структуре. Необходимо проверять следующие ситуации:

- Наличие EOF если был SOF. Приход пакета с признаком SOF при условии, что не было пакета с признаком EOF, должен считаться ошибочной ситуацией, при которой должен быть сформирован кадр с признаками ошибки (поле Frame Flags).

- Проверка необходимого числа данных, которые должны быть приняты в данном кадре. Если пришло меньше заданного количества слов данных, кадр должен быть дополнен, чтобы сохранить структуру обрабатываемой информации, при этом будет выставлен флаг Flag Padding в поле Frame Flags. Если пришло больше заданного количества слов данных, кадр должен быть обрезан, при этом будет выставлен флаг Flag Cutting в поле Frame Flags.

- Проверка поступления данных. Если в заданный интервал времени не пришло ни одного слова данных, должен быть сформирован «пустой» кадр заданного размера с наполнением нулями, при этом будет выставлен флаг Flag Frame Missing в поле Frame Flags.

Разработанный способ в дальнейшем иллюстрирован примером реализации (фиг. 1).

Передающий модуль принимает входные цифровые данные с АЦП и при необходимости производит предобработку. Затем передающий модуль формирует пакеты формата PCI-Express и в поле данных пакета записывает данные с АЦП в соответствии со структурой кадра (последовательностью пакетов), описанной выше. Передающий модуль содержит высокоскоростные приемо-передатчики, передающие сформированные пакеты в коммутатор Fast Channel. Коммутатор Fast Channel принимает входящие в него пакеты, декодирует адрес и направляет пакет в соответствующий порт. В данном случае поток информации движется от Передающих модулей в Модули обработки. Порт ′5′ коммутатора Fast Channel #0 (а также порт ′4′ коммутатора Fast Channel #1) работает на повышенной частоте (2.5 ГГц) и с увеличенной шириной шины (4 лейна). Это позволяет увеличить пропускную способность шины, что необходимо при большом потоке данных через этот порт. Слово "copper" в данном случае означает медные линии соединения (дорожки печатных плат, разъемы плат). Модули обработки принимают пакеты, в соответствии со структурой кадра упорядочивают данные и производят их дальнейшую обработку.

Изобретение относится к области средств передачи информации в виде пакетов. Техническим результатом является уменьшение энергопотребления, а также обеспечение гарантированной доставки данных. Способ характеризуют предварительным определением количества необходимых оконечных станций и коммутаторов с определением необходимой топологии каналов связи между ними путем передачи через используемые каналы связи конфигурационных пакетов. Настраивают используемые коммутаторы и оконечные устройства для приема/передачи информации. Передаваемую информацию разбивают на пакеты для передачи по стандарту PCI-Express размером не свыше 4 килобайт с учетом служебных слов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ передачи информации по каналу Fast Channel между физическими устройствами, характеризуемый предварительным определением количества необходимых оконечных станций и коммутаторов с определением необходимой топологии каналов связи между ними, путем передачи через используемые каналы связи конфигурационных пакетов настраивают используемые коммутаторы и оконечные устройства для приема/передачи информации, передаваемую информацию разбивают на пакеты для передачи по стандарту PCI-Express размером не свыше 4 килобайт с учетом служебных слов, при этом каждый пакет состоит из заголовка и поля данных, предназначенного в том числе и для записи передаваемой информации, а заголовок содержит информацию о типе пакета, адрес отправителя пакета и адрес приемника, в качестве формата обмена данными используют уровни PCI-Express, а именно: Physical Layer, Data Link Layer, Transaction Layer на частотах 1.0625; 1.25; 2.125; 2.5; 4.25; 5.0; 5.3125; 8.0; 8.5; 10.625 Гигагерц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при необходимости перестройки топологии каналов одновременно с информационными пакетами передаются дополнительные конфигурационные пакеты.