Диссертация (1144013), страница 19
Текст из файла (страница 19)
устройства сетевого контроллера2.формирования нескольких потоков заявок символов, которые будутпередаваться сетевым котроллером3.выбор группы символов, для которых будет проводится анализ заявленныххарактеристик4.разработка внутренних блоков котроллера (блока выбора, блоковпоследовательной обработки и пр., описанных во второй главе) в зависимости отвнутренней структуры контроллера и функции управления потоком в соответствии сзаявленными ограничениями проектирования сетевого контроллера5.построение соответствующей формализованной модели сетевогоконтроллера, описанной в главе 2, с учетом всех вышеописанных параметров6.в зависимости от задачи на основе формул, полученных в главе 2,формируем зависимости для вычисления средней задержки, пропускной способности исреднего размера буферов. Так же в зависимости от типа исследования принеобходимости на основании формул формируются процентиль размера буфера ивремени передачи7.в случае неудовлетворения одного или нескольких параметровпревышении заявленного параметра в соответствии с описанными методами в началеданной главы улучшаем заявленные характеристики за счет других параметров,например, при слишком большом времени передачи – уменьшаем количество стадий,или сокращаем размер буфера и т.п.803.2 SpaceWireРассмотрим реализацию данную методику на примере для сетевого контроллерана базе технологии SpaceWire.
Для начала проведем анализ протокола.SpaceWire - системообразующая технология высокоскоростных коммуникаций икомплексирования бортовых систем космических и других летательных аппаратов.Если рассматривать последние изменения протокола SpaceWire, то можноотметить, что протокол SpaceWire динамически изменяется и продолжает активновнедряться в космическую промышленность, в том числе и в нашей стране. Сегодняданный стандарт передачи данных используется в технологическом процессе дляпостроения бортовых систем, основной функцией которых является распределенныевычисления. Основное направление внедрения данной технологии является,естественно, авиационная и космическая область.
Ее активное использованиеобеспечивается в том числе европейским космическим агентством, космическимагентством США, Японии. В России активное развитие данной технологии осуществляетРоскосмос и его подразделения.Данная технология позволяет решать множество задач, которые стоят передкосмической отраслью. На борту космического аппарата данная технология позволяетпостроить сеть для обмена, сбора и обработки информации.
Протокол SpaceWireизначально разрабатывался для быстрого обмена между оконечными узлами сетиSpaceWire в различных системах, в том числе и для бортовых сетей. Он можетиспользоваться как для передачи полезной нагрузки, так и для передачи служебнойинформации, причем с учетом приоритетности передачи – служебная информациябудет иметь незначительные задержки.Интегрирование технологии SpaceWire на борт космического аппарата илисамолета невозможно без тестирования в том числе и наземного оборудования[107][108], так как при ошибках внедрения технологии издержки могут быть довольновелики.
Тестирование и мониторинг ошибок сети SpaceWire необходимо производитьпри каждой новой имплементации узлов сети, так как если изначальное исследованиебыло проведено неправильно – сеть SpaceWire может работать неэффективно и даже слогическими ошибками.Для Космической области России технология SpaceWire является очень важной,так как она способствует расширение функциональности российских космическихаппаратов, обеспечивает унификацию стандартов с иностранными решениями вкосмической отрасли.
Кроме этого, внедрение этой технологии повышаетконкурентоспособность российского оборудования для космического и авиационногоприменения, позволяет расширить международное сотрудничество комической отраслиРоссии с другими странами. Дополнительно, повышается совместимость оборудования,унифицируется стандарт передачи данных, и, соответственно, упрощается созданиебортового космического оборудования, которое производится на отечественныхпредприятиях. Вариант сетевого контроллера SpaceWire [91] представлен на рисунке 27.81Данный вариант контроллера предложен в стандарте SpaceWire как возможный вариантреализации.Рисунок 27. Пример схемы котроллера канального интерфейса SpaceWireСформируем поток заявок символов. Сетевой контроллер SpaceWire передаетследующие типы символов:1.метка времени/ управляющий код (наивысший приоритет) – 14 бит;2.символ кредитования (4 бита);3.а) символ данных (10 бит);б) символ конца пакета (4 бита);824.символ поддержки связи (низший приоритет) – 8 бит.Символы более высокого приоритета не могут передаваться раньше концапередачи текущего символа.Полезной информацией для данного контроллера являются непосредственнометка времени/управляющий код, и символ данных.
Остальные типы символовявляются символами канального уровня и не передаются на вышележащие уровни.В данном блоке используется относительная система кредитования, котораяпозволяет передавать одновременно не более 56 байт данных или концов пакета(символ 3-го приоритета). В качестве символа кредитования используется символкредитования. Данный символ кредитует 8 слов данных или концов пакета, т.е.сообщает передающей стороне о том, что она может отправить 8 символов данных.Данная модель полностью описывает контроллер SpaceWire, позволяя провестианализ его характеристик для вышеописанных символов, а именно – данных иуправляющих кодов.Далее, сформируем формулы для расчета трех заявленных характеристик.
Дляэтого необходимо, с учетом общих характеристик контроллера, описанных в модели нарисунке 28, сделать расчет параметров внутренних блоков сетевого контроллера.Сделаем расчет параметров с использованием заявленных характеристик в самомстандарте SpaceWire для разработки полной модели.
Как упоминается в стандарте –устройство передает данные с частотой от 2-х до 400 МГц, достигая максимальнойпропускной способности на уровне 400 Мбит в секунду. Длина кабеля составляет до 10м.Первым сделаем расчет для самого сложного блока, а именно – блока выбораприоритета. В качестве единицы измерения времени будем использовать tb или битовыйинтервал, Bt. Bt равен времени на отправку 1 бита в канал на частоте отпр отправки битв канал.Учитывая размеры заявок, описанных выше, метка времени или управляющий кодбудет отправляться 14 bt, данные - 10 bt, конец пакета – 4 bt, символ кредитования – 4bt, символов поддержки связи – 8bt.Соответственно, для блока выбора передачи на заявку можно сформироватьследующие значения интенсивности обслуживания, а именно:µотпр =отпр(49)где отпр – количество битовых интервалов, необходимых на передачу одной i-йзаявки. Данное значение будет использоваться для блока выбора приоритета.В подавляющем большинстве случаев сетевой контроллер не работает на частотепередачи символов канал.
Это связано с тем, что символы поступают (илиформируются) в сетевой контроллер параллельно, а передача осуществляетсяпоследовательно.Изначальные данные для расчета данного сетевого контроллера:831)4 типа символов с приоритетом, существуют 2 типа одного приоритета (3-го);2)2 типа данных являются полезной нагрузкой: метка времени – 8 бит, данные– 8 бит;3)используется относительное кредитование. Символ кредитования имеетприоритет 2 и позволяет отправить 8 данных 3-го приоритета (символ конца пакета илиданные).Данной информации достаточно для построения модели данного сетевогоконтроллера.Пусть … – интенсивность потоков каждой заявки, где – это управляющиекоды, – символ кредитования а – символы поддержки связи.
Поток с 5-го типаотвечает за отправку символов поддержки связи, которые отсылаются, когда ни однадругая заявка не посылается. В идеале интенсивность данного потока равна 0.На основе этих данных построим модель сетевого контроллера SpaceWire.Получившаяся модель представлена на рисунке 28.Символ меткивремени, l1Символкредитования,l2Конвейер S1mS1Буфер S1Конвейер S2Символ данных,l3Конвейер S3Символ концапакета, l4Конвейер S4Символ Null,l5Конвейер S5mS2Выборзаявок напередачуmS3Задержкикоммуникационной средыБуфер S2СортировказаявокБуфер S3Буфер S4mS4Буфер S5m'S1m'S2m'S3m'S4m'S5mS5Рисунок 28.
Построенная модель контроллера канального интерфейса SpaceWireДля начала произведем расчет в приоритетной части выбора заявки. Так какзаявкой у нас считаются байты данных – их обслуживание не прерывается в работе.Итоговые формулы для расчета задержек у нас являются 20, 22 и 23.Исследуемый блок представляет собой СМО M/M/1, следовательно - = µ .Заявки первого и 3-го приоритета являются для нас основными, так, как только онипередаются на высший уровень, заявки типа 2 используются для кредитования и тоженам понадобятся т.е.(++++)µотпрµотпрµотпрµотпрµотпр =(1 −)µотпр( =µотпр++++µотпрµотпрµотпрµотпр(1 −)(1 −−)µотпрµотпр µотпр)84и т.п.После подстановки значений интенсивности обслуживания для каждой заявкиполучаем следующие значения для очередей каждого типа заявки, а именно:(196 + 16 + 100 + 16 + 64 ) =(1 − 14 )(196 + 16 + 100 + 16 + 64 ) =(1 − 14 )(1 − 14 − 4 )(196 + 16 + 100 + 16 + 64 ) =(1 − 14 − 4 )(1 − 14 − 4 − 10 )(196 + 16 + 100 + 16 + 64 ) =(1 − 14 − 4 )(1 − 14 − 4 − 4 )Общее время обслуживания для блока выбора приоритета будет составлять(196 + 16 + 100 + 16 + 64 )выбр = 14 +(1 − 14 )(196 + 16 + 100 + 16 + 64 )выбр = 4 +(1 − 14 )(1 − 14 − 4 )(196 + 16 + 100 + 16 + 64 )выбр = 10 +(1 − 14 − 4 )(1 − 14 − 4 − 10 )(196 + 16 + 100 + 16 + 64 )выбр = 4 +(1 − 14 − 4 )(1 − 14 − 4 − 4 )Так же необходимо учитывать обязательное условие для интенсивностипоступления и обслуживания14 + 4 + 10 + 4 + 8 < 1Теперь рассмотрим блоки последовательной обработки для каждой заявки.
Наданном этапе нет никаких особенных задержек и сложных преобразований, поэтомувходной конвейер для каждой заявки состоит из m ступеней M/М/1, где m=1,2,3 … ,причем время обработки (пост ) будем считать одинаковым для каждого блокапоследовательной обработки, и поэтому интенсивность обработки каждой стадии будетсоставлять:1µ=постТаким образом – задержка в очереди будет одинаковой для каждой из заявок ирассчитывается по формулеλпост1пост − λОбщая задержка системы для каждой заявкиλпостконв = пост +1пост − λоч =λ=µ(µ − λ)85Задержки среды в данном конкретном случае произведем расчет исходя избитового интервала и длинны кабеля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
