Организация контроля передачи сообщений

В данном интерфейсе имеется два класса контроля: оперативный (т.е. с применением ответных слов) и централизованный.

Что проверяется:

- наличие синхросигнала;

- количество разрядов в информационном слове (17);

- количество единиц;

- если передаются массивы СД, то проверяется количество принятых слов. Оно должно совпадать заявленному количеству в командном слове;

- время t1 (если меньше 4 мкс или больше 12 - это ошибка).

Стандарты SpW. Сопоставление модели OSI и SpaceWire

SpaceWire – системообразующая технология для высокоскоростной коммуникации и комплексирования бортовых систем КА. Разработана специально для космоса в соответствии со следующими требованиями :

- высокие скорости передачи;

- малые задержки передачи сообщений;

- устойчивость к отказам и сбоям;

- низкое энергопотребление;

- электромагнитная совместимость;

- возможность компактной реализации в СБИС;

- поддержка систем реального времени и т.д.;

Стек протоколов SpaceWire состоит из 6 уровней

SpaceWire в общем случае состоит из некоторого числа узлов абонентов и сетевых узлов, маршрутизируемых коммутаторами. Узлы сети связаны друг с другом или с маршрутизаторами дуплексными каналами (линк). Узел оснащен одним или несколькими портами и интерфейсом с источником данных. В качестве хост системы может выступать процессорный модуль, датчик, исполнительное устройство и т.д. От хост-устройства узел принимает данные, кодирует их и отправляет в свой передатчик. На другом конце линка данные принимает приемник, который их декодирует и передает адресату (хост-система). Обычно весь стек протоколов SpaceWire располагается внутри контроллера SpaceWire.

В сетях SpaceWire возможны прямые соединения (точка-точка) между узлами, но полноценная структура возможна только с применением маршрутизатора.

Уровни SpaceWire

- Физический уровень SpaceWire

Кабель SpaceWire 8ми проводной из 4 медных экранированных витых пар. Максимальная скорость от 2 до 400 Мбит/с при длине кабеля до 10 метров. В качестве разъемов определены миниатюрные 9ти контактные разъемы D типа. Если скорость снизили до 200 Мбит/с, то расстояние можно увеличить до 20 метров., при 100 Мбит/с - до 30 метров.

- Сигнальный уровень

Сформированные и закодированные битовые последовательности преобразуются в электрические сигналы для передачи через физический интерфейс. Для повышенной помехозащищенности и малого энергопотребления используются сигналы LVDS. Дифференцированные сигналы низкого уровня. Стандарт определяет величину диф. сигнала +-(250-400) мВ, порог срабатывания +- 100 мВ. LVDS достоинства:

- диф. сигналы малочувствительны к внешним помехам;

- уровень собственных помех крайне низкий;

- обеспечивает низкие затраты энергии, 50 мВт на 1 диф. пару.

На этом уровне используется DS кодирование. При нем данные передаются по линии данных в прямом ходе, в то время как сигнал по линии строба S изменяет свое значение каждый раз, когда данные остаются неизменными в очередном битовом интервале, т.о. в каждом такте меняется один из сигналов либо D либо S. Обладает свойством самосинхронизации: в DS -–  сигналах закодирован синхросигнал, которые восстанавливается на приемной стороне операцией исключающее или. В результате DS-кодирование позволяет передавать данные в широком диапазоне скоростей, без предварительного согласования приема скоростей между приемником и источником.

- Уровень символов

На уровне символов определяются 2 типа символов Dchar - символ данных, Cchar - симовл управления. Из этих символов формируются пакеты.

Символ данных состоит из 10 бит: p – бит контроля четности, 0 (флаг, что символ является символом данных), 8 бит – данные. Символы передаются младшим вперед.

Символы управления могут быть 4х основных типа и двух комбинированных типов. Основные состоят из 4 битов: FCT – символ управления потоком, EOP – символ нормального окончания пакета, EEP - символ ошибочного окончания пакета, ESC – символ расширения (используется для создания дополнительных управляющих кодов). NULL передается в канале, если не передаются никакие другие символы. Time-Code - код передачи времени. Не все символы передаются в пакетах, по этому признаку символы разделяются на Nchar – нормальные символы (EOP, EEP и все Dchar ) и Lchar – символы соединения (FCT, ESC).

Бит четности – бит проверки четности необходим для надежности каждого передаваемого символа. Поле контроля бита четности включает 8 предшествующих бит данных (если предшествующим был символ данных) или два бита символа управления, собственно бит четности и следующий за ним флаг типа символ. Бит четности устанавливается так, чтобы сумма всех 1 была нечетной.

- Уровень обмена

Уровень обмена обеспечивает инициализацию и перезапуск линка, управление потоком данных между узлами, обнаружение ошибок и сбоев и выполнение процедур восстановления. После того как соединение установлено, оно поддерживается постоянной передачей по нему символов данных, управляющих кодов, а при их отсутствии –  кодов NULL. Если сигналы в линке не изменяются в течение некоторого времени – это рассматривается как разрыв соединения. Разрыв и последующие автоматические восстановления соединения рассматриваются как штатная ситуация, обрабатываемая автоматически. При разрыве соединения абоненты автоматически выходят на новое установление соединения, после чего передача информации продолжается. Управление потоком данных реализуется с помощью символов FCT, каждый переданный символ FCT указывает на то, что в буфере приемника есть место для приема 8 символов данных. Узел может послать сразу несколько символов FCT, но не свыше 7. Передатчику не разрешено передавать символов больше, чем позволяет поместить буфер приемника, о чем последний и сообщает передачей символов FCT.

Управляющие символы Lchar имеют повышенный приоритет, они передаются, не дожидаясь завершения трансляции очередного пакета. Они как бы разрезают поток данных, обеспечивая тем самым независимость передачи управляющих кодов от общей загрузки сети.

- Уровень пакетов

Он заключается в формировании пакетов требуемого формата. Он включает поле заголовка, состоящего из адреса назначения; поля данных; маркера конца пакетов. Пакеты передаются по сети друг за другом без каких либо разделителей и интервалов. Адрес назначения – это список, состоящий из одного или нескольких идентификаторов, каждый длиной в 1 символ, который определяет маршрут узла назначения. Если соединение типа точка-точка, то адрес назначения может отсутствовать. Поле данных содержит информацию, передаваемую от источника к узлу назначения. Закрывает пакет маркер конца, он указывает EOP – пакет правильный, EEP – ошибочный пакет. Пакеты могут быть любой длины.

- Сетевой уровень

Маршрутизация пакетов. Имеется несколько способов маршрутизации.

Маршрутизация «червячный ход». Относится к категории методов коммутации «на лету». При поступлении заголовка пакета во входной порт пакет сразу маршрутизируется, то есть выбирается выходной порт. И начинается сквозная передача потока символов пакета в выходной порт без промежуточной буферизации. Заголовок пакета как бы прорезает канал внутри маршрутизатора, по которому остальные символы пакета проходят маршрутизатор насквозь, прямо с выходного порта в выходной. Этот метод обеспечивает малые задержки прохождения пакета, не требует буферную память, что существенно снижает аппаратные затраты и энергопотребление. Без задержек и без буферизации. Маршрутизатор читает адрес назначения и транслирует его на выходной порт.

 Механизм адресации пакетов может базироваться на 1 из 3 методов адресации узла назначения. Адресация: путевая (0-31 адресов), логическая (32 - 255 адресов), регионально-логическая.

При путевой адресации адрес назначения задается в виде последовательности номеров выходных портов маршрутизаторов, через которые должен пройти данный пакет. Приняв первый символ адреса, маршрутизатор определяет выходной порт, удаляет этот символ из пакета и передает пакет дальше. Следующий символ идентификатор адреса (теперь первый) используется очередным маршрутизатором для определения своего выходного порта. В итоге пакет прибывает к узлу приемника с пустым заголовком адреса, число промежуточных маршрутизаторов не ограничено. Чтобы отличить адрес при путевой адресации от других видов адресации, байт путевого адреса должен иметь значение от 0 до 31. Другие виды адресации такие адреса не используют. Маршрутизатор должен иметь 32 порта. Адрес 0 зарезервирован для конфигурации маршрутизатора, если пакет передается на этот порт, значит, пакет предназначен самому маршрутизатору для того, чтобы определить режимы его работы.

Логическая адресация. При логической адресации каждому узлу абонента присваивается уникальный номер, а именно логический адрес LA. Когда источник посылает пакет приемнику, он вставляет логический адрес приемника в заголовок пакета. В маршрутизаторах хранятся таблицы маршрутов, связывающие логические адреса с номерами выходных портов. На основании этой таблицы маршрутизатор определяет номер выходного порта для поступившего пакета. Логические адреса находятся в диапазоне от 32 до 255. Адрес 255 зарезервирован. При передаче пакетов через маршрутизатор логические адреса не удаляются. 

Маршрутизаторы должны хранить в памяти таблицы маршрутизации, при большом числе узлов в сети увеличивается размер таблицы и появляется проблема быстрого поиска необходимой информации в таблице. Таблицу необходимо подвергать администрированию (сформировать, загрузить в маршрутизаторы, реконфигурировать таблицы). Для этого существует протокол RMAP, в простых случаях таблицы можно записывать в ПЗУ. Уменьшить таблицы можно с помощью механизмов выделения интервалов, он подразумевает, что все множество логических адресов разбивается на последовательные группы, каждой такой группе прописывается определенный выходной порт.

Регионально-логическая адресация является комбинацией логической адресации и структуризацией сети на регионы. Внутри одного региона используется обычная логическая адресация, если источник и получатель принадлежат разным областям, то используется несколько логических адресов: адрес региона и логический адрес в регионе. При прохождении пакета границы регионов, адрес региона удаляется. На рисунке логический адрес 109 присвоен точке перехода из региона 1 в регион 2. В таблице маршрутизации номер 4 логическому адресу 109 соответствует выходной порт 3, там же будет помечено, что порт 3 - переход в другой регион адресации, т.о. по адресу 109 будет выяснен выходной порт 3 для дальнейшей адресации пакета для перехода в другой регион. Роутер 4 удаляет адрес 109 и далее пакет идет в виде 163 (порт приемника) и данные. Подобная адресация может применяться в кластерных структурах сети, количество узлов в целом не ограничено