节点的概念(一种应用于机载网络节点的复位方法)

引言随着机载电子系统的发展，网络节点的设计越来越复杂，如何保证网络节点的稳定运行成为系统设计的关键。复位功能是系统[1]正常运行的先决条件，网络节点需要使用可靠的复位方法。复位是将系统初始化到某一状态[2]，其基本功能是在系统上电时提供复位信号，系统稳定后取消复位信号；或者当系统异常时，对系统被复位，使系统恢复正常运行。通过对网络节点复位情况的分析，设计了一种软硬件结合的论文复位方法，该方法可以处理各种复位的组合和顺序，保证网络节点上电后复位成功，并实时检测网络节点的运行情况，从而保证网络节点故障后自动复位。网络节点重置分析为了增强网络节点的通用性，系统采用了主机与网络节点分离的方法。主机和网络节点分别在上电后复位，主机复位后通过主机接口访问网络节点。复位通常包括上电复位、外部复位、软件复位和看门狗复位[3]。网络节点的复位源由本地和外部复位源组成，本地复位源包括上电复位和看门狗复位，外部复位源包括主机硬件复位和主机软件复位。上电复位：该复位在网络节点上电时提供复位信号，以确保网络节点上电后进入的初始化状态。由于网络节点上电时需要将程序从存储器移动到现场可编程门阵列，因此上电复位信号继续有效，直到程序搬运完成；看门狗复位：该复位在网络节点运行异常时提供复位信号，以确保节点在检测到故障后复位。检测到的故障包括软件失控、时钟故障和电源故障。主机的硬件复位：该复位是主机通过硬件连接提供的复位信号，以确保主机将节点复位到初始化状态。复位时间是主机开机或节点需要单独复位的时间；主机软件复位：该复位是主机通过软件命令发送的复位。网络节点收到软件复位命令后，通过分析产生复位信号，然后控制要复位的功能模块和软件复位。当这些重置源被网络节点使用时，由于顺序错的不正确使用或不正确的组合，将会出现对错的不正确访问或重置死锁的问题。2.1当接入错误用加电复位和主机硬件复位的组合时，如果先完成加电复位，主机硬件复位完成后，主机才能正确接入网络节点。如果主机的硬件复位在加电复位之前完成，当主机访问网络节点时，网络节点正在加电复位，将出现访问错错误，如图1所示。从图1的图(a)可以看出，网络节点在时间A1完成加电复位。当主机正确访问网络节点时，主机在A2完成主机的硬件重置。从图(b)可以看出，主机在B1完成主机的硬件复位，网络节点在B2完成开机复位。当主机访问从B1到B2的网络节点时，网络节点仍会通电并复位，并且会出现访问错错误。2.2重置死锁为了避免访问错，的错误，网络节点在重置后向主机报告完成信号，主机在访问网络节点前取消主机的硬件重置。如果网络节点将主机硬件复位作为复位完成信号的输入，将会出现复位死锁，如图2所示。主机硬件复位信号作为网络节点复位的输入，控制网络节点复位。取消所有复位源后，产生复位完成信号。然而，主机硬件复位信号只能在接收到复位完成信号之后被取消，并且网络节点具有复位死锁错错误。从以上分析可以看出，复位的顺序和组合会影响网络节点的运行，分配复位的顺序和范围是非常重要的

复位方法基于先本地复位后外部复位的原则，按照从硬件到软件的复位顺序，以上电复位、看门狗复位、主机硬件复位和主机软件复位为输入，复位完成后向主机报告完成信号。复位系统框图如图3所示。功能模块中的时钟检测单元负责检测时钟的正确性并产生硬件喂狗信号，软件中的软件检测程序检测软件的运行并产生软件喂狗信号。硬件喂狗和软件喂狗信号通过逻辑“与”输入复位芯片，复位芯片产生看门狗复位，同时由对电源检测。看门狗复位和上电复位在逻辑“与”后产生本地复位。主机硬件复位和本地复位分别发送给功能模块，主机软件复位通过软件命令发送给软件。本地复位完成后，软件会生成一个复位完成信号，并将其报告给主机。主机上电复位完成后，主机检测信号。只有当信号有效时，主机才能访问网络节点。主机的硬件复位和本地复位可以复位节点的所有功能模块和软件，主机的软件复位可以复位节点的相关软件和功能模块。在软件复位完成之前，所有复位必须完成功能模块的复位。网络节点是主机访问的对映像。当本地复位和主机复位被组合用于复位时，本地复位应该首先完成，并且主机在开始主机复位之前检测到本地复位已经完成。4网络节点重置过程网络节点重置过程可分为上电初始化重置、故障检测重置和主机重置。4.1加电初始化复位加电后，网络节点首先启动加电初始化复位，并以加电复位为输入复位如图4。上电初始化和复位的持续时间由程序加载时间决定，可通过加快程序加载来缩短时间。4.2故障检测复位网络节点在运行过程中实时检测时钟、电源和软件的运行。当时钟、电源和软件异常时，通过启用看门狗复位来复位网络节点。如果复位后故障无法消除，看门狗复位会持续复位网络节点。故障检测重置过程如图5。

4.3主机复位当网络节点需要复位时，主机通过启用主机硬件复位或主机软件复位进行复位，主机复位过程为如图6。主机硬件重置的持续时间由主机决定，在主机准备好访问网络节点之前，可以取消主机硬件重置。主机软件的复位通过软件分析产生复位信号，在相关功能模块和软件开始复位后，复位信号被取消。当本地复位和主机复位相结合进行复位时，系统首先执行上电初始化复位过程，然后执行主机复位过程。从以上分析可以看出，上电初始化复位、故障检测复位和主机复位可以成功复位系统，并且复位过程不会造成错误接入错或复位死锁的问题。5应用中应注意的问题在本设计中，当主机和网络节点上电时，它们是异步复位的，因此在应用这种复位方法时，有必要合理分配复位过程。pcie 总线规范规定，链路定位和初始化必须在设备退出复位状态后80毫秒内开始。为了使软件可见，设备必须在复位后100毫秒内准备好接收配置请求。[4]当PCIe 总线用于通信时，主机和网络节点在复位完成后开始链路定向和初始化。如果两次重置之间的时间差超过100毫秒，PCIe 链路定位和初始化将失败，并且主机无法通过PCIe 总线接口访问网络节点。为了解决这个问题，当使用PCIe 总线等需要对初始化时间进行通信的总线接口时，主机需要在网络节点上电复位后，由对网络节点对主机进行一次复位，使主机和网络节点能够同步复位，保证总线接口初始化成功。结论本文提出了一种软硬件结合的对网络节点复位方法。通过分析复位方法的复位过程，表明该复位方法不仅能够成功复位网络节点，而且能够实时检测网络节点的运行状态，同时消除了接入错错误和复位死锁问题，有利于提高系统设计的可靠性。目前，该设计已成功应用于机载网络节点。