UM-BUS总线及接入式体系结构

本文针对航天航空等领域综合电子系统在小型化、一体化设计及信息综合利用等方面的需求,提出一种可动态重构的高速串行通信总线(UM--BUS),采用N(≤32)通道并发传输,通信速率可达6.4Gbps,采用总线型拓扑结构,最大通信距离40m,支持最多30个节点直接互连,具有远程存储访问能力,采用命令应答式协议提供QoS与实时性保证;通过并发通道相互冗余与动态重构,在允许50%性能降低的情况下,能够对N/2通道故障动态容错.在UM-BUS总线基础上,本文提出一种新型的"接入式"体系结构模型,在不改变系统逻辑结构的前提下,能够突破机箱结构限制,将逻辑功能分散嵌入到控制测量对象内部,实现功能模块"接入即用",使得综合电子系统一体化设计成为可能.

UM-BUS总线通道故障检测方法

UM-BUS总线是一种可动态重构的高速高可靠通信总线,提出了一种三段式通道健康状态检测方法,构建了一个通道健康状态表,实现了通道故障的在线实时检测与动态标记,通过动态重构将通信数据动态分配到健康通道上进行传输,保证了总线在通道出现故障的情况下的正确通信.通过UM-BUS总线实际系统测试与仿真验证表明,此设计的故障检测方法,可以有效地检测各种通道与节点故障,能够满足UM-BUS总线系统的应用需求.

基于排队论的UM-BUS总线性能建模与评估

UM-BUS总线是一种具有动态容错能力和远程穿透式访问能力的高速串行总线,其性能模型对UM-BUS的综合评估和优化设计具有重要意义。针对UM-BUS总线系统,提出基于排队论的性能评估的模型,该模型定性描述了总线上不同节点之间的数据流关系、数据包到达节点的特征以及在节点处等待处理的特性;定量分析了不同数据包在总线信道传输的最大延迟、最小延迟以及平均延迟。在MATLAB平台上测试了数据包在总线上的等待时间和传输时间。实验结果可以帮助设计者快速分析总线在实际应用系统中的特性并对其进行优化配置,提高总线的使用效率。

UM-BUS总线网卡的驱动程序设计与实现

动态可重构高速串行总线(UM-BUS)具有多通道并发冗余的特征以及远程存储访问能力,可为CPS、物联网中底层传感器与执行单元的远程接入提供一种高速可靠的解决方案。设计实现了一种基于UM-BUS总线连接的以太网卡的Linux驱动程序,解决了通过PCIe、UM-BUS两种总线进行设备跨总线访问的难题,实现了UM-BUS总线连接的以太网设备的驱动操作。使用第三方网络通信软件进行文件传输测试,网络通信功能正常稳定,通信速率与标准PCIe网卡基本一致,满足了CPS系统中通过UM-BUS总线上连接的以太网设备与外部系统进行数据通信的需求。

UM-BUS总线测试系统中PCIe的设计与实现

UM-BUS总线单通道理论带宽可达200 Mb/s,采用16通道并发传输时,理论带宽可达400 MB/s,其测试系统需要在数据采集终端与PC之间建立不低于此带宽的通信通道。PCIe1.1采用4通道传输时理论带宽可达1 GB/s,满足了UM-BUS总线测试系统的传输带宽需求,由此设计实现了UM-BUS总线测试系统的PCIe1.1 x4链路通道的应用方案,给出了基于FPGA的PCIe总线的BMD传输方案。测试结果表明,该方案实际传输速度可达550 MB/s,满足UM-BUS总线测试系统的带宽需求。

面向UM-BUS总线系统低功耗设计的最大空闲时间消息调度算法

UM-BUS(Uniform Model Bus)总线是面向嵌入式系统的具有远程存储能力的可重构高速串行总线.它支持多个节点之间直接互连,可以根据链路状态将数据包动态地分配到通信通道上进行高可靠并行高速传输.随着嵌入式系统处理器频率和传输速率的提升,功耗问题已经成为制约嵌入式系统发展的重要瓶颈之一.针对UM-BUS总线系统,本文将系统的功耗优化问题形式化描述为整形线性规划问题,通过求解最优的消息调度方法使得总线上各通道公共空闲时间最大化,从而可在该空闲时间内使相关节点以低功耗模式运行,优化系统的总体功耗.本文还提出一种启发式算法来简化求解该调度问题.实验结果表明,对于给定的传输任务,启发式算法和线性最优算法能增加系统最大空闲时间平均达40.38%和47.48%,从而降低了52.04%和57.74%系统功耗.

一种新型的动态可重构总线时间同步方法

动态可重构总线是一种面向嵌入式系统的高速串行总线,为实现总线系统中各主节点的时间同步,解决多主仲裁中对时间精度的要求,设计了一种时间同步方案:时间主节点通过时间广播包形式向其它节点周期发送自己的时间信息;时间从节点利用通道检测时的三次握手过程计算出通道传输延迟,对收到的时间码信息进行修正后,各节点根据修正后的广播时间来校对自己的时间,从而达到各节点间的时间同步.经过通道速率为100 Mb/s的实际系统的仿真测量,节点同步时间误差在100ns左右.

基于动态可重构总线的新型时间同步方法

动态可重构总线UM-BUS是一种面向嵌入式系统的高速串行总线,采用可变时隙轮转方法支持多主工作模式,可实时检测故障,具有动态容错功能.为了提高总线系统在嵌入式应用中的时间确定性,保证总线节点时隙轮转的精准性.本文设计了一种能够对线路传输误差进行修正的高精度时间同步方法,并支持时间主节点故障的主动容错.在总线工作速率为1.6Gbps的实际系统中,节点同步时间误差小于50ns,时隙计数误差小于1个总线位时.