楊可

摘要：通過分析機載網絡節(jié)點各個復位源的特點，針對復位過程中產生的訪問錯誤和復位死鎖問題，設計了一種軟硬件結合的復位方法。首先介紹了該復位方法的實現(xiàn)架構，其次分析了該復位方法的各種復位過程，最后說明了應用該復位方法時需要注意的問題。結果表明該復位方法在成功復位網絡節(jié)點的同時，還可以實時檢測網絡節(jié)點的運行狀態(tài)，有利于提高系統(tǒng)設計的可靠性。

關鍵詞： 網絡節(jié)點1； 復位2； 死鎖3； 故障檢測4

中圖分類號：TP331.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0288-03

1 引言

隨著機載電子系統(tǒng)的發(fā)展，網絡節(jié)點的設計日益復雜，如何確保網絡節(jié)點的穩(wěn)定運行已經成為系統(tǒng)設計的關鍵。復位功能是系統(tǒng)正常運行的先決條件[1]，網絡節(jié)點需要使用一種可靠的復位方法。

復位就是為了把系統(tǒng)初始化到一個確定的狀態(tài)[2]，它的基本功能就是在系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)穩(wěn)定后，撤銷復位信號；或者在系統(tǒng)異常時對系統(tǒng)進行復位，使系統(tǒng)恢復正常工作。

本文通過分析網絡節(jié)點的復位情況，設計了一種軟件和硬件結合的復位方法。該方法能夠處理各種復位之間的組合及順序，保證網絡節(jié)點在上電后成功復位，又可以實時檢測網絡節(jié)點的運行，確保網絡節(jié)點出現(xiàn)故障后自動進行復位。

2 網絡節(jié)點復位分析

為了增強網絡節(jié)點的通用性，系統(tǒng)采用主機和網絡節(jié)點分離的方法。主機和網絡節(jié)點在上電后分別進行復位，復位完成后主機通過主機接口訪問網絡節(jié)點。

復位通常包括上電復位、外部復位、軟件復位和看門狗（WatchDog）復位[3]，網絡節(jié)點的復位源由本地和外部兩部分復位源組成，本地復位源包括上電復位和看門狗復位，外部復位源包括主機硬件復位和主機軟件復位。

上電復位：該復位在網絡節(jié)點上電時提供復位信號，確保網絡節(jié)點在上電后進入初始化狀態(tài)。由于網絡節(jié)點在上電時需要將程序從存儲器搬至FPGA，上電復位信號在程序搬運完成前持續(xù)有效；

看門狗復位：該復位在網絡節(jié)點運行異常時提供復位信號，確保節(jié)點檢測到故障后進行節(jié)點復位。檢測的故障包括軟件跑飛、時鐘故障和電源故障；

主機硬件復位：該復位為主機通過硬件連線提供的復位信號，確保主機將節(jié)點復位到初始化狀態(tài)。復位的時機為主機上電或需要單獨復位節(jié)點時；

主機軟件復位：該復位為主機通過軟件命令發(fā)送的復位。網絡節(jié)點在接收到軟件復位命令后通過解析生成復位信號，然后控制需要復位的功能模塊和軟件進行復位。

網絡節(jié)點在使用這幾種復位源時，因為使用順序錯誤或組合不當會產生訪問錯誤或復位死鎖的問題。

2.1 訪問錯誤

使用上電復位和主機硬件復位組合時，如果上電復位先完成，則主機在主機硬件復位完成后可以正確訪問網絡節(jié)點。如果主機硬件復位先于上電復位完成，主機訪問網絡節(jié)點時網絡節(jié)點正在上電復位，會出現(xiàn)訪問錯誤，見圖1。

從圖1的示圖（A）可以看出，網絡節(jié)點在A1時刻完成上電復位。主機在之后的A2時刻完成主機硬件復位，此時主機訪問網絡節(jié)點正確。示圖（B）可以看出，主機在B1時刻完成主機硬件復位，網絡節(jié)點在B2時刻完成上電復位。主機在B1到B2這段時間訪問網絡節(jié)點時網絡節(jié)點還在上電復位，會出現(xiàn)訪問錯誤。

2.2 復位死鎖

為了避免訪問錯誤，網絡節(jié)點在復位后上報完成信號給主機，主機撤銷主機硬件復位后再訪問網絡節(jié)點。如果網絡節(jié)點將主機硬件復位作為復位完成信號的輸入，會出現(xiàn)復位死鎖的問題，見圖2。

主機硬件復位信號作為網絡節(jié)點復位的輸入控制網絡節(jié)點開始復位，所有的復位源撤銷后生成復位完成信號，但主機在收到復位完成信號后才能撤銷主機硬件復位信號，網絡節(jié)點出現(xiàn)了復位死鎖錯誤。

由以上分析可以看出，復位的順序和組合會影響網絡節(jié)點的運行，合理分配復位的順序以及作用的范圍非常重要。

3 復位系統(tǒng)設計

為了解決網絡節(jié)點訪問錯誤和復位死鎖的問題，設計了一種復位方法。該復位方法基于先本地后外部的復位原則，按照從硬件到軟件的復位順序，使用上電復位、看門狗復位、主機硬件復位和主機軟件復位作為輸入，在復位完成后上報完成信號給主機。復位系統(tǒng)框圖見圖3。

功能模塊中的時鐘檢測單元負責檢測時鐘的正確性，生成硬件喂狗信號，軟件中的軟件檢測程序檢測軟件的運行情況，生成軟件喂狗信號。硬件喂狗和軟件喂狗信號通過邏輯與輸入復位芯片，由復位芯片生成看門狗復位，復位芯片同時對電源進行檢測。

看門狗復位和上電復位通過邏輯與后生成本地復位。主機硬件復位和本地復位分別送給功能模塊，主機軟件復位通過軟件命令送給軟件。本地復位完成后由軟件生成復位完成信號上報給主機，主機在主機上電復位完成后檢測該信號，在該信號有效時主機才能訪問網絡節(jié)點。

主機硬件復位和本地復位均可復位節(jié)點的所有功能模塊和軟件，主機軟件復位可以復位節(jié)點的相關軟件及功能模塊。所有的復位必須先完成功能模塊的復位后才可以完成軟件的復位。

網絡節(jié)點是主機訪問的對象，當本地復位和主機復位組合進行復位時，應先完成本地復位，主機檢測到本地復位完成再開始主機復位。

4 網絡節(jié)點復位過程

網絡節(jié)點的復位過程可以分為上電初始化復位、故障檢測復位和主機復位。

4.1上電初始化復位

上電后，網絡節(jié)點首先開始上電初始化復位，使用上電復位作為輸入，復位過程如圖4。

上電初始化復位的持續(xù)時間由程序加載時間決定，可以通過加快程序加載減少上電初始化復位時間。

4.2故障檢測復位

網絡節(jié)點在運行過程中實時檢測時鐘、電源及軟件運行的情況。當時鐘、電源及軟件出現(xiàn)異常時通過使能看門狗復位復位網絡節(jié)點。如果故障在復位后無法消除，則看門狗復位持續(xù)復位網絡節(jié)點。故障檢測復位過程如圖5。

4.3主機復位

主機在需要復位網絡節(jié)點時，通過使能主機硬件復位或主機軟件復位進行復位，主機復位過程如圖6。

主機硬件復位的持續(xù)時間由主機決定，在主機準備好訪問網絡節(jié)點前撤銷主機硬件復位即可。主機軟件復位通過軟件解析生成復位信號，該復位信號在相關功能模塊和軟件開始復位后撤銷。

當本地復位和主機復位組合進行復位時，系統(tǒng)先執(zhí)行上電初始化復位過程，再執(zhí)行主機復位過程。

通過以上分析可以看出，上電初始化復位、故障檢測復位和主機復位均可成功復位系統(tǒng)，其復位過程不會引起訪問錯誤或復位死鎖的問題。

5 應用中需要注意的問題

本設計中主機和網絡節(jié)點上電時為異步復位，在應用該復位方法時需要合理分配復位的過程。

PCIE總線規(guī)范中規(guī)定，設備退出復位狀態(tài)后，必須在80ms內開始鏈路定向和初始化。為了使軟件可見，設備必須在復位結束的100ms內準備好接收配置請求。[4]

當使用PCIE總線進行通信時，主機和網絡節(jié)點分別在復位完成后開始鏈路定向和初始化，如果兩者復位結束的時間相差大于100ms， PCIE鏈路定向和初始化失敗，主機無法通過PCIE總線接口訪問網絡節(jié)點。

為了解決該問題，在使用PCIE總線等對初始化時間有要求的總線接口進行通信時，主機需要在網絡節(jié)點上電復位完成后單獨對網絡節(jié)點進行一次主機復位，使主機和網絡節(jié)點同步完成復位，保證總線接口初始化成功。

6 結束語

本文針對網絡節(jié)點提出了一種軟硬件結合的復位方法。通過分析該復位方法的復位過程表明，該復位方法不但可以成功復位網絡節(jié)點，還可以實時檢測網絡節(jié)點的運行狀態(tài)，同時消除訪問錯誤和復位死鎖的問題，有利于提高系統(tǒng)設計的可靠性。目前該設計已成功應用于機載網絡節(jié)點中。

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