模塊(module)系指由�(fù)�(shù)�(gè)具基�(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)�(diǎn)就是指能上網(wǎng)的設(shè)�。節(jié)�(diǎn)控制模塊(node control module)主要完成總線通信以及�(duì)控制模塊�(fā)出指令的功能。模塊的�(shè)�(jì)采取多種電路集成于一體的�(shè)�(jì)方案,一�(gè)節(jié)�(diǎn)控制模塊可以控制多種�(duì)象�
模塊(module)系指由�(fù)�(shù)�(gè)具基�(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)�(diǎn)就是指能上網(wǎng)的設(shè)��
節(jié)�(diǎn)控制模塊(node control module)主要完成總線通信以及�(duì)控制模塊�(fā)出指令的功能。模塊的�(shè)�(jì)采取多種電路集成于一體的�(shè)�(jì)方案,一�(gè)節(jié)�(diǎn)控制模塊可以控制多種�(duì)��
節(jié)�(diǎn)控制器一般是用來(lái)連接中心控制器的,然后每�(gè)節(jié)�(diǎn)控制器又可以通過(guò)手拉手的方式連接別的節(jié)�(diǎn)控制�,您停車�(chǎng)車位有多�,就可以量身定做多少套節(jié)�(diǎn)控制器,而且每�(gè)節(jié)�(diǎn)控制器還�4�(gè)接口,用�(lái)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(cè)器等�(shè)�,可以說(shuō)功能非常�(qiáng)��
功能特點(diǎn)�
●采用RS485通訊�,可以與多種�(shè)備通訊,適用于多設(shè)備停車場(chǎng)�(wǎng)�(luò)�
●用于對(duì)探測(cè)器�(jìn)行分組管�,實(shí)�(xiàn)�(wǎng)�(luò)通訊的優(yōu)化管理,保障系統(tǒng)安全�
●用于連接中央控制器和車位探測(cè)器、顯示屏、引�(dǎo)箭頭
●循�(huán)檢測(cè)所轄探�(cè)器的狀�(tài),并將有�(guān)信息傳到中央控制��
●實(shí)�(shí)顯示節(jié)�(diǎn)、探�(cè)器、引�(dǎo)屏的信息�
●顯示內(nèi)容通過(guò)按鍵快速切��
●通訊情況通過(guò)LED燈明確表��
●使安裝�(diào)試和維護(hù)更加方便,快�,減少維�(hù)成本�
所有智能家居系�(tǒng)的節(jié)�(diǎn)控制模塊通過(guò)RS485家庭控制總線� 并遵循統(tǒng)一的家庭控制網(wǎng)�(luò)通訊�(xié)�,與系統(tǒng)信息控制中心相�,實(shí)�(xiàn)系統(tǒng)�(shù)�(jù)通訊� 在一條總線上可以掛接256�(gè)模塊,從而實(shí)�(xiàn)家庭自動(dòng)化控制的各種功能,模塊類型包括:
�(wú)線收�(fā)基站模塊
主要為了配合�(wú)線遙控器模塊使用,是系統(tǒng)的必配件,作為無(wú)線收�(fā)基站,它將遙控器傳送來(lái)信息通過(guò)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(guò)�(wú)線射頻信�(hào)傳給�(wú)線遙控器,是�(wú)線信息轉(zhuǎn)化成有線家庭控制�(wǎng)�(luò)信息的地��
繼電器開(kāi)�(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�,對(duì)家庭中的低功率電�,主要是燈光(還包括各種音響系統(tǒng)、電視機(jī)、電�(dòng)窗簾)�(jìn)行開(kāi)�(guān)控制,控制功率為每回�100瓦;
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�(duì)家中的大功率電器(如空調(diào)、熱水器)�(jìn)行開(kāi)�(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(duì)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�(kāi)�(guān)模塊
信息�(kāi)�(guān)徹底改變了原有的�(kāi)�(guān)概念,用�(kāi)�(guān)信息�(diǎn)�(lái)完成原有�(kāi)�(guān)的功�,使得原有開(kāi)�(guān)功能固定單一的不�,可通過(guò)�(shè)置相�(guān)控制參數(shù),對(duì)任一控制�(diǎn)�(jìn)行控�,從而實(shí)�(xiàn)群控功能�
除此之外,未�(lái)的監(jiān)控節(jié)�(diǎn)模塊還可以包括家庭環(huán)境檢�(cè)模塊、住戶健康檢�(cè)模塊��
OBS�(wǎng)�(luò)核心節(jié)�(diǎn)的主要功能是光突�(fā)包的�(zhuǎn)�(fā)和處理。根�(jù)光突�(fā)交換的原�,核心節(jié)�(diǎn)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(duì)光交換矩陣�(jìn)行控�,為�(duì)�(yīng)的BDP�(shè)置和�(yù)留光通道。當(dāng)BDP到來(lái)�(shí),就可直接通過(guò)已預(yù)留好的通道,在全光域里�(shí)�(xiàn)交換�
其總體結(jié)�(gòu)如圖所�,可分為三�(gè)部分:網(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)管理信息的處理,�(shí)�(xiàn)功能包括�(wǎng)�(luò)的拓?fù)湎⒏?、故障消息處理及整�(gè)�(wǎng)�(luò)�(yùn)行情況的�(jiān)�(cè),這是�(wǎng)�(luò)正常、高效、穩(wěn)健運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)�。同�(shí),對(duì)核心節(jié)�(diǎn)�(jìn)行一定的管理和配置�
核心控制模塊用于處理已經(jīng)�(guò)光電�(zhuǎn)化的控制信道消息。先解讀控制信道的消息識(shí)別其類型,然后根�(jù)消息類型做相�(yīng)的處�。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)度,�(chǎn)生設(shè)置光交換矩陣所需的控制信�(hào),并將突�(fā)控制包轉(zhuǎn)�(fā)至下一節(jié)�(diǎn)。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)�(diǎn)的關(guān)鍵部�,是本文研究的重�(diǎn)。其具體�(shí)�(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前,需要�(jìn)行光電轉(zhuǎn)�,同樣,在發(fā)送時(shí),也要�(jìn)行電光轉(zhuǎn)�。核心節(jié)�(diǎn)�(duì)�(zhuǎn)換成電信�(hào)后的控制信道消息要能正確接收,同�(shí)也需要將其轉(zhuǎn)�(fā)給下一�(gè)節(jié)�(diǎn)�
(2)控制信道組幀和解幀功能。在我們的�(shí)�(yàn)系統(tǒng)�,控制信道采用以太網(wǎng)鏈路傳輸,因此核心節(jié)�(diǎn)必須具有鏈路層功�,能�(duì)幀�(jìn)行正確的定位、提�、識(shí)�、分類及�(cuò)誤處理�
(3)控制信道控制分組�(wǎng)�(luò)層處理功�。OBS突發(fā)控制包是封裝在IP包中。核心節(jié)�(diǎn)要有�(wǎng)�(luò)層處理功�,對(duì)IP包�(jìn)行檢查、處�,以及識(shí)別BCP�(bào)文類型轉(zhuǎn)�(fā)至上層,并且在發(fā)送時(shí)�(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)�(diǎn)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�(bào)�,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(kù)管理與維�(hù)功能。這是核心節(jié)�(diǎn)的核心功�。要根據(jù)突發(fā)控制包的信息,對(duì)�(shù)�(jù)信道的波�(zhǎng)資源�(jìn)行調(diào)�,及�(shí)地為突發(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(kù)。該資源�(kù)記錄�(dāng)前信道資源的使用狀�,當(dāng)使用狀況有變化�(shí),需要�(jìn)行及�(shí)地修��
(6)路由功能。由于OBS�(wǎng)�(luò)是面向IP�(yè)�(wù)�,必須通過(guò)IP路由找到下一輸出節(jié)�(diǎn),所以核心節(jié)�(diǎn)必須能根�(jù)路由信息查找路由�,實(shí)�(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�(kāi)�(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口,核心節(jié)�(diǎn)必須提供突發(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(zhǎng)��
所�(shè)�(jì)的核心節(jié)�(diǎn)必須要能滿足以上的功能需求,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�,主要負(fù)�(zé)資源的預(yù)留和�(diào)度及資源�(kù)的維�(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�(lái)�(shuō),當(dāng)�(shù)�(jù)從邊緣節(jié)�(diǎn)通過(guò)控制信道到達(dá)核心節(jié)�(diǎn)�,核心控制模塊中的接收子模塊先將其恢�(fù)成一�(gè)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�(duì)�(yīng)的調(diào)度子模塊,由�(diào)度子模塊判斷offset time和波�(zhǎng)資源的情況并�(duì)�(shù)�(jù)包�(jìn)行合適的�(diào)度處�,調(diào)度子模塊完成后,將數(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��
FPGA硬件�(shè)�(jì)流程
基于FPGA的硬件設(shè)�(jì)(這里的硬件是指用�(shù)字電路實(shí)�(xiàn),即�(shù)字設(shè)�(jì))一般要依托EDA工具�(lái)�(shí)�(xiàn)�
EDA(ElectronicDesignAutomation)即電子設(shè)�(jì)自動(dòng)化技�(shù),是指以�(jì)算機(jī)為基本工作平�(tái),把�(yīng)用電子技�(shù)、計(jì)算機(jī)技�(shù)、智能化技�(shù)融合在一�(gè)電子CAD通用軟件包中,輔助�(jìn)行三方面的電子設(shè)�(jì)工作,即集成電路�(shè)�(jì)、電子電路設(shè)�(jì)以及PCB�(shè)�(jì)。EDA技�(shù)的基本特征是采用具有系統(tǒng)仿真和綜合能力的�(yǔ)言描述,一般采用自頂向下的模塊化設(shè)�(jì)方法。如圖所示為基于EDA工具的FPGA�(shù)字設(shè)�(jì)流程�
有限狀�(tài)�(jī)的設(shè)�(jì)方法
在使用VerilogHDL�(jìn)行電路輸入時(shí),為了保證所編寫(xiě)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(xiě)代碼。當(dāng)�(shí)序邏輯比較復(fù)雜時(shí),一般將其抽象成一�(gè)同步的有限狀�(tài)�(jī)(FSM:FiniteStateMachine,以�(shí)�(xiàn)可綜合風(fēng)格的VerilogHDL�(shè)�(jì)�
可綜合的有限狀�(tài)�(jī)有很多種描述方法,常�(jiàn)的有一段式(One-alwaysBlock)和兩段�(Two-alwaysBlock)描述�。一段式FSM描述法只用一�(gè)always模塊�(shí)�(xiàn)整�(gè)狀�(tài)�(jī),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�(gè)always模塊,其中一�(gè)always模塊采用同步�(shí)序描述狀�(tài)�(zhuǎn)移,另一�(gè)模塊采用組合邏輯判斷狀�(tài)�(zhuǎn)移條�,描述狀�(tài)�(zhuǎn)移規(guī)律。一般而言,推薦兩段式FSM描述方法,除了可以提高設(shè)�(jì)的穩(wěn)定�,消除毛刺,還便于閱讀、理解、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(shí)序約束條�,以及布局布線器實(shí)�(xiàn)�(shè)�(jì)�
�(duì)狀�(tài)�(jī)的狀�(tài)�(jìn)行編碼也是實(shí)�(xiàn)狀�(tài)�(jī)的一�(gè)�(guān)�,一般來(lái)�(shuō)在FPGA上實(shí)�(xiàn)的狀�(tài)�(jī)常采用獨(dú)熱碼(One-hot),每一�(gè)狀�(tài)用一�(gè)寄存器標(biāo)�(shí),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�,而總單元�(shù)并無(wú)顯著增加。獨(dú)熱碼又可分為冗余�(dú)熱碼(VerboseOne-hotEncoding)和簡(jiǎn)明獨(dú)熱碼(SimplifiedOne-hotEncoding)冗余獨(dú)熱碼在狀�(tài)比較�(shí)需要比較所有的狀�(tài)寄存�,而簡(jiǎn)明獨(dú)熱碼采用十�(jìn)制數(shù)�(lái)�(biāo)�(shí)各�(gè)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(lái)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�,可分為�(shí)鐘模塊、系�(tǒng)�(jì)�(shí)�、接收模�、幀解析模塊、交叉矩�、調(diào)度模塊、幀生成模塊和發(fā)送模�。本文假�(shè)一�(gè)核心節(jié)�(diǎn)�(duì)�(yīng)三�(gè)邊緣節(jié)�(diǎn),因此有3路信道用�(lái)傳送突�(fā)控制�,每一路都有獨(dú)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(guò)交叉矩陣到達(dá)路由所指的節(jié)�(diǎn)�
各模塊的主要功能如下:
�(shí)鐘模塊,為系�(tǒng)的其他模塊提供時(shí)鐘信�(hào);
系統(tǒng)�(jì)�(shí)�,以一定的�(shí)鐘節(jié)�(本文�1OOM)�(jì)�(shí),提供全局相對(duì)�(shí)�;
路由�,提供IP目的地址與目的端口號(hào)的對(duì)�(yīng)�(guān)�;
接收模塊,接收控制信道上的數(shù)�(jù)�,恢�(fù)成MAC幀后寫(xiě)入到FIFO�;
幀解析模塊,從FIFO中讀取MAC�,去MAC�,對(duì)MAC頭、IP頭�(jìn)行處�,查找路由,再發(fā)送到下一�(jí)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�(shí)間片且轉(zhuǎn)入下�(jí)FIFO,并根據(jù)�(diào)度結(jié)果向光交換矩陣提供控制信�(hào),如果不是,直接�(zhuǎn)入到下級(jí)FIFO;
幀生成模塊:添加MAC�,如果是OBS�,修改偏置時(shí)�;
�(fā)送模�:將數(shù)�(jù)包發(fā)送到控制信道��