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節(jié)點控制模�
閱讀�4954時間�2017-11-17 09:51:29

  模塊(module)系指由�(fù)�(shù)個具基礎(chǔ)功能之組�,組件組成之具特定功能之組件,該組件用以組成具完整功能之系統(tǒng)、設(shè)備或程序。節(jié)點就是指能上�(wǎng)的設(shè)�。節(jié)點控制模塊(node control module)主要完成總線通信以及對控制模塊發(fā)出指令的功能。模塊的�(shè)計采取多種電路集成于一體的�(shè)計方案,一個節(jié)點控制模塊可以控制多種對��

簡介

  模塊(module)系指由�(fù)�(shù)個具基礎(chǔ)功能之組�,組件組成之具特定功能之組件,該組件用以組成具完整功能之系統(tǒng)、設(shè)備或程序。節(jié)點就是指能上�(wǎng)的設(shè)��
  節(jié)點控制模塊(node control module)主要完成總線通信以及對控制模塊發(fā)出指令的功能。模塊的�(shè)計采取多種電路集成于一體的�(shè)計方案,一個節(jié)點控制模塊可以控制多種對��
  節(jié)點控制器一般是用來連接中心控制器的,然后每個節(jié)點控制器又可以通過手拉手的方式連接別的節(jié)點控制器,您停車場車位有多少,就可以量身定做多少套節(jié)點控制器,而且每個節(jié)點控制器還有4個接�,用來連接比如視頻車位引導(dǎo)�,反�?qū)ぼ嚱K�,以及連接視頻引導(dǎo)探測器等�(shè)備,可以說功能非常強��
  功能特點�
  ●采用RS485通訊口,可以與多種設(shè)備通訊,適用于多設(shè)備停車場�(wǎng)�(luò)�
  ●用于對探測器�(jìn)行分組管�,實�(xiàn)�(wǎng)�(luò)通訊的優(yōu)化管�,保障系�(tǒng)安全�
  ●用于連接中央控制器和車位探測�、顯示屏、引�(dǎo)箭頭
  ●循�(huán)檢測所轄探測器的狀�(tài),并將有�(guān)信息傳到中央控制器�
  ●實時顯示節(jié)�、探測器、引�(dǎo)屏的信息�
  ●顯示內(nèi)容通過按鍵快速切��
  ●通訊情況通過LED燈明確表示�
  ●使安裝�(diào)試和維護(hù)更加方便,快�,減少維�(hù)成本�

�(chǎn)�

  所有智能家居系�(tǒng)的節(jié)點控制模塊通過RS485家庭控制總線� 并遵循統(tǒng)一的家庭控制網(wǎng)�(luò)通訊�(xié)議,與系�(tǒng)信息控制中心相�,實�(xiàn)系統(tǒng)�(shù)�(jù)通訊� 在一條總線上可以掛接256個模�,從而實�(xiàn)家庭自動化控制的各種功能,模塊類型包括:
  無線收發(fā)基站模塊
  主要為了配合無線遙控器模塊使用,是系�(tǒng)的必配件,作為無線收�(fā)基站,它將遙控器傳送來信息通過家庭控制�(wǎng)�(luò)傳給系統(tǒng)信息控制中心,再將系�(tǒng)信息控制中心的指令和短消息信息通過無線射頻信號傳給無線遙控�,是無線信息�(zhuǎn)化成有線家庭控制�(wǎng)�(luò)信息的地��
  繼電器開�(guān)控制模塊
  低功率回路控�,采用高性能固態(tài)繼電器�(jìn)行控�。在接到智能家居控制器的指令后,對家庭中的低功率電器,主要是燈光(還包括各種音響系統(tǒng)、電視機、電動窗簾)�(jìn)行開�(guān)控制,控制功率為每回�100��
  大功率電器控制模塊:也是采用固態(tài)繼電器�(jìn)行控�,但是其功率較大,且只有單路,在接到智能家居控制器的指令�,可對家中的大功率電器(如空�(diào)、熱水器)�(jìn)行開�(guān)控制,控制功率為單回�2,500��
  可控硅調(diào)光控制模�
  采用可控硅�(jìn)行低功率回路控制。在接到智能家居控制器的指令�,其功能主要是對家庭中的燈光�(jìn)行調(diào)光控制,控制功率為每回路100�,調(diào)光范圍分�5檔棗0�25%�50%�75%�100%�
  信息開關(guān)模塊
  信息開關(guān)徹底改變了原有的開關(guān)概念,用開關(guān)信息點來完成原有開關(guān)的功�,使得原有開�(guān)功能固定單一的不足,可通過�(shè)置相�(guān)控制參數(shù),對任一控制點�(jìn)行控制,從而實�(xiàn)群控功能�
  除此之外,未來的�(jiān)控節(jié)點模塊還可以包括家庭�(huán)境檢測模�、住戶健康檢測模塊等�

OBS核心節(jié)點的功能與控制需�

  OBS�(wǎng)�(luò)核心節(jié)點的主要功能是光突發(fā)包的�(zhuǎn)�(fā)和處�。根�(jù)光突�(fā)交換的原�,核心節(jié)點接收BCP,并根據(jù)BCP所攜帶的控制信息和�(dāng)前網(wǎng)�(luò)狀況�(jìn)行路由查找和信道資源�(diào)�。如果成功找到可用信道后,對光交換矩陣�(jìn)行控�,為對應(yīng)的BDP�(shè)置和�(yù)留光通道。當(dāng)BDP到來�,就可直接通過已預(yù)留好的通道,在全光域里實現(xiàn)交換�

  其總體結(jié)�(gòu)如圖所�,可分為三個部分:�(wǎng)�(luò)管理模塊、核心控制模�、光交換矩陣�
  �(wǎng)�(luò)管理模塊�(fù)�(zé)�(wǎng)�(luò)管理信息的處�,實�(xiàn)功能包括�(wǎng)�(luò)的拓?fù)湎⒏隆⒐收舷⑻幚砑罢麄€網(wǎng)�(luò)運行情況的監(jiān)�,這是�(wǎng)�(luò)正常、高�、穩(wěn)健運行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。同�,對核心節(jié)點�(jìn)行一定的管理和配��
  核心控制模塊用于處理已經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化的控制信道消息。先解讀控制信道的消息識別其類型,然后根�(jù)消息類型做相�(yīng)的處理。若為突�(fā)控制�,則根據(jù)突發(fā)控制包的具體�(nèi)容和�(dāng)前系�(tǒng)資源狀�(tài)�(jìn)行資源調(diào)�,產(chǎn)生設(shè)置光交換矩陣所需的控制信號,并將突發(fā)控制包轉(zhuǎn)�(fā)至下一節(jié)�。若為普通網(wǎng)管數(shù)�(jù)�,負(fù)�(zé)將其交給�(wǎng)�(luò)管理模塊。另�,信道資源的更新與維�(hù)也是由核心控制模塊完成的。核心控制模塊是核心節(jié)點的�(guān)鍵部�,是本文研究的重點。其具體實現(xiàn)的功能如�:
  (1)控制信道消息收發(fā)處理功能。在接收控制信道消息�,需要�(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,同樣,在�(fā)送時,也要�(jìn)行電光轉(zhuǎn)�。核心節(jié)點對�(zhuǎn)換成電信號后的控制信道消息要能正確接�,同時也需要將其轉(zhuǎn)�(fā)給下一個節(jié)點�
  (2)控制信道組幀和解幀功能。在我們的實驗系統(tǒng)中,控制信道采用以太�(wǎng)鏈路傳輸,因此核心節(jié)點必須具有鏈路層功能,能對幀�(jìn)行正確的定位、提�、識�、分類及錯誤處理�
  (3)控制信道控制分組�(wǎng)�(luò)層處理功能。OBS突發(fā)控制包是封裝在IP包中。核心節(jié)點要有網(wǎng)�(luò)層處理功�,對IP包�(jìn)行檢�、處理,以及識別BCP報文類型�(zhuǎn)�(fā)至上�,并且在�(fā)送時�(jìn)行IP包封裝等�
  (4)控制信道突發(fā)控制包分析和處理功能。核心節(jié)點要在OBS層接�、讀取突�(fā)控制信息,并且檢查和區(qū)分不同類型的控制報文,按照OBS�(wǎng)�(luò)�(xié)議�(jìn)行相�(yīng)處理�
  (5)�(shù)�(jù)信道的資源預(yù)�、調(diào)度以及資源庫管理與維�(hù)功能。這是核心節(jié)點的核心功能。要根據(jù)突發(fā)控制包的信息,對�(shù)�(jù)信道的波長資源�(jìn)行調(diào)�,及時地為突�(fā)�(shù)�(jù)包建立和釋放全光鏈路。并且還要管理和維護(hù)�(shù)�(jù)信道的資源庫。該資源庫記錄當(dāng)前信道資源的使用狀�,當(dāng)使用狀況有變化�,需要�(jìn)行及時地修改�
  (6)路由功能。由于OBS�(wǎng)�(luò)是面向IP�(yè)�(wù)�,必須通過IP路由找到下一輸出節(jié)點,所以核心節(jié)點必須能根據(jù)路由信息查找路由�,實�(xiàn)�(shù)�(jù)的轉(zhuǎn)�(fā)�
  光交換矩陣根�(jù)核心控制模塊的調(diào)度結(jié)果設(shè)置光開關(guān),為后續(xù)的BDP包提供全光通路,并將它們交換到正確的目的端�,核心節(jié)點必須提供突�(fā)�(shù)�(jù)包光域里交換功能,使接收到的突發(fā)�(shù)�(jù)包能交換到任意端口的任意或同一波長��
  所�(shè)計的核心節(jié)點必須要能滿足以上的功能需�,并盡可能的提高處理速度和數(shù)�(jù)吞吐�,達(dá)到更加優(yōu)良的性能�

核心控制模塊的總體結(jié)�(gòu)�(shè)�

  核心控制模塊的總體功能結(jié)�(gòu)如圖所�。其�,接收子模塊�(fù)�(zé)將在控制信道上收到的�(shù)�(jù)還原為MAC幀;解幀子模塊負(fù)�(zé)解釋MAC幀,并提取出攜帶的信息;交叉矩陣子模塊根�(jù)路由情況,將�(shù)�(jù)交換到相�(yīng)的端�;�(diào)度子模塊為核心處理的�(guān)鍵部分,主要�(fù)�(zé)資源的預(yù)留和�(diào)度及資源庫的維護(hù)管理;組幀子模塊將�(shù)�(jù)重新恢復(fù)成MAC幀;�(fā)送子模塊將數(shù)�(jù)重新送回控制信道�
  具體來說,當(dāng)�(shù)�(jù)從邊緣節(jié)點通過控制信道到達(dá)核心節(jié)點后,核心控制模塊中的接收子模塊先將其恢�(fù)成一個MAC幀,然后�(jìn)入解幀子模�,解幀將其去MAC頭后傳給交叉矩陣,交叉矩陣根�(jù)IP包的路由信息將數(shù)�(jù)包交換到目的端口對應(yīng)的調(diào)度子模塊,由�(diào)度子模塊判斷offset time和波長資源的情況并對�(shù)�(jù)包�(jìn)行合適的�(diào)度處理,�(diào)度子模塊完成�,將�(shù)�(jù)傳給組幀子模�,組幀子模塊將�(shù)�(jù)包還原為MAC幀后發(fā)給發(fā)送子模塊,由�(fā)送子模塊�(fā)送到控制信道��

核心控制模塊的硬件設(shè)�

  FPGA硬件�(shè)計流�
  基于FPGA的硬件設(shè)�(這里的硬件是指用�(shù)字電路實�(xiàn),即�(shù)字設(shè)�)一般要依托EDA工具來實�(xiàn)�
  EDA(ElectronicDesignAutomation)即電子設(shè)計自動化技�(shù),是指以計算機為基本工作平臺,把�(yīng)用電子技�(shù)、計算機技�(shù)、智能化技�(shù)融合在一個電子CAD通用軟件包中,輔助�(jìn)行三方面的電子設(shè)計工�,即集成電路�(shè)計、電子電路設(shè)計以及PCB�(shè)�。EDA技�(shù)的基本特征是采用具有系統(tǒng)仿真和綜合能力的語言描述,一般采用自頂向下的模塊化設(shè)計方�。如圖所示為基于EDA工具的FPGA�(shù)字設(shè)計流��
  有限狀�(tài)機的�(shè)計方�
  在使用VerilogHDL�(jìn)行電路輸入時,為了保證所編寫的代碼是可以綜合成數(shù)字電路的,以及綜合前和綜合后仿真的一致�,必須按照一定的原則編寫代碼。當(dāng)時序邏輯比較�(fù)雜時,一般將其抽象成一個同步的有限狀�(tài)�(FSM:FiniteStateMachine,以實現(xiàn)可綜合風(fēng)格的VerilogHDL�(shè)計)
  可綜合的有限狀�(tài)機有很多種描述方�,常見的有一段式(One-alwaysBlock)和兩段�(Two-alwaysBlock)描述�。一段式FSM描述法只用一個always模塊實現(xiàn)整個狀�(tài)機,在該模塊中即描述狀�(tài)�(zhuǎn)�,又描述狀�(tài)的輸入和輸出;兩段式FSM描述法使用兩個always模塊,其中一個always模塊采用同步時序描述狀�(tài)�(zhuǎn)�,另一個模塊采用組合邏輯判斷狀�(tài)�(zhuǎn)移條件,描述狀�(tài)�(zhuǎn)移規(guī)�。一般而言,推薦兩段式FSM描述方法,除了可以提高設(shè)計的�(wěn)定�,消除毛�,還便于閱讀、理�、維�(hù),更重要的是利于綜合器優(yōu)化代碼和用戶添加合適的時序約束條�,以及布局布線器實�(xiàn)�(shè)��
  對狀�(tài)機的狀�(tài)�(jìn)行編碼也是實�(xiàn)狀�(tài)機的一個關(guān)鍵,一般來說在FPGA上實�(xiàn)的狀�(tài)機常采用獨熱�(One-hot�,每一個狀�(tài)用一個寄存器�(biāo)識,雖然這樣使用較多的寄存器,但節(jié)省了組合電路,因而可以提高電路的速度和可靠性,而總單元�(shù)并無顯著增加。獨熱碼又可分為冗余獨熱�(VerboseOne-hotEncoding)和簡明獨熱碼(SimplifiedOne-hotEncoding)冗余獨熱碼在狀�(tài)比較時需要比較所有的狀�(tài)寄存器,而簡明獨熱碼采用十�(jìn)制數(shù)來標(biāo)識各個狀�(tài),這種方法可以比較一位而不是比較所有的狀�(tài)寄存器來判斷所處的狀�(tài)�
  核心控制模塊的組�
  核心控制模塊的組成框圖如圖所示,可分為時鐘模�、系�(tǒng)計時器、接收模�、幀解析模塊、交叉矩�、調(diào)度模�、幀生成模塊和發(fā)送模塊。本文假�(shè)一個核心節(jié)點對�(yīng)三個邊緣節(jié)�,因此有3路信道用來傳送突�(fā)控制包,每一路都有獨立的接收模塊、幀解析模塊、調(diào)度模�、幀生成模塊和發(fā)送模�,并通過交叉矩陣到達(dá)路由所指的節(jié)��
  各模塊的主要功能如下:
  時鐘模塊,為系統(tǒng)的其他模塊提供時鐘信�;
  系統(tǒng)計時�,以一定的時鐘節(jié)�(本文�1OOM)計時,提供全局相對時間;
  路由�,提供IP目的地址與目的端口號的對�(yīng)�(guān)�;
  接收模塊,接收控制信道上的數(shù)�(jù)包,恢復(fù)成MAC幀后寫入到FIFO�;
  幀解析模塊,從FIFO中讀取MAC包,去MAC�,對MAC�、IP頭�(jìn)行處�,查找路�,再�(fā)送到下一級FIFO�;
  交叉矩陣根據(jù)目的端口,將輸入端口的FIFO中的�(shù)�(jù)包交換到輸出端口的FIFO�;
  �(diào)度模�:如果是OBS包,根據(jù)BCP�(jìn)行調(diào)�、分配信道及時間片且�(zhuǎn)入下級FIFO,并根據(jù)�(diào)度結(jié)果向光交換矩陣提供控制信號,如果不是,直接轉(zhuǎn)入到下級FIFO;
  幀生成模塊:添加MAC�,如果是OBS�,修改偏置時�;
  �(fā)送模�:將數(shù)�(jù)包發(fā)送到控制信道��

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