微处理器直连接口链路层重传机制

多处理器直连拓扑结构-->处理器直连接口单元系统结构-->链路层微包；链路层自管理协议；链路层重传协议-->链路发送单元

 

多处理器直连拓扑结构：

n处理器直连，则每个处理器芯片内集成n-1套直连接口；

直连接口在物理层使用SerDes接口，通过串行链路进行互联，每条链路带宽为5Gbps。

 

处理器直连接口单元系统结构：

中央处理器：Central Processing Unit，CPU

链路单元：Link Unit, LU

处理器直连接口单元：Direct Link Interface Unit, DLIU

DLIU:

每个直连接口对应一套接收报文缓冲队列，存放于其中的报文将根据其所要发送的CPU号发送给对应的CPU.

直连接口单元包括三个部件：网络接口（NI）；链路层部件（LLP）；物理层部件（PLP）。

NI: 请求报文和响应报文的仲裁；

    报文与网络层数据序列之间的转换；

    接收报文的按虚通道分离和接收到错误报文的处理等。

LLP：链路自管理；

     ECC和CRC校验；

     网络层数据序列与物理微包之间的转换；

     控制发送微包到物理层以及接收来自物理层的微包等。

PLP：将物理微包转换为串行数据在穿行链路上传送；

     接收来自串行链路的串行数据并转换为链路层可以识别的物理微包。

*专用时钟和复位序列的产生逻辑将由处理器的时钟复位单元（Clock Reset Unit, CRU）完成。

 

链路层微包：

互联网络中传输的信息单位为微包，是点点间信息传送，校验，重传，流控的最小单位。

微包长度固定为192位。

大致结构为：Frame:微包的特征码；

          PktInf:微包的特征信息；

          Data:微包的数据信息；

          CRC：微包的CRC信息。

具体的数据布局：

位	域名	备注
[7:0]	Frame	微包的特征码，有效微包的特征码为“0xAA”
[12:8]	AskNo	重传协议中的响应序列号，正常序列号范围：0-30
[17:13]	SndNo	重传协议中的发送序列号，正常序列号范围：0-30
[21:18]	Crdt	流控协议中的信用，系统中物理信道被划分为4个虚信道，Crdt[n]对应VC[n]的信用，若VC有信用需要传送，则对应的Crdt位设置为1，否则设置为0.
[23:22]	VC	当前微包所占用的虚信道号（Virtual Container No.）
[24]	Tail	当前微包是否为尾微包：1，是；0，否
[25]	Header	当前微包是否为头微包：1，是；0，否
[29:26]	PktType	微包类型，下有阐述
[30]	NcErr	由NC（Network Computer）设置的错误信息位
[31]	NetErr	由NR设置的错误信息位（1：错，0：对）
[175:32]	Data	微包的静荷数据
[183:176]	CRC80	微包中所有偶数位的CRC-8校验信息
[191:184]	CRC81	微包中所有基数位的CRC-8校验信息

 

微包类型及操作：

Type	微包名	发送处理	接收处理	用途
0001	初始化微包	设置SeqNo=0xF,AskNo=0xF,VC=0,Crdt=0, Tail=1,Header=1,NcErr=0,NetErr=0; （加下行）	设置链路状态，其他信息不作处理。	链路自身管理
0010	初始化响应微包	（接上行）不进重传队列，但进CRC校验	（同上）
0011	空报文	设置 SeqNo=0x1F,VC=0,Crdt=0,Tail=1, Header=1,NcErr=0,NetErr=0; 不进重传队列，但进行CRC校验 携带响应，不携带信用和数据	提取响应序列号	专门为了告知响应
0100	数据微包	若为头微包，数据域中第一个64位字填写路由信息 写所有特征与数据信息 进入重传队列，进行CRC校验	提取所有特征和数据信息	数据传送
0101	信约微包	设置SeqNo,AskNo,Crdt; VC=0,Tail=1,Header=1,NcErr=0, NetErr=0; 进重传队列，进行CRC检验	提取SeqNo,AscNo,Crd特征信息	控制信息传送
0000,  0110~  1111	保留

 

链路层自管理协议：

超时计数器设置+链路状态

超时计数器设置：为了链路状态的监测，每条链路（包括输入端和输出端）设计了CrdNullTime超时计数器；每条链路的重传队列中的每项设计了AskTime,RetransTime超时计数器。        

超时计数器设计说明如下：

名称	用途	宽度	启动	关闭	超时处理
AckTime	重传队列等待对应响应的时间限	16位	传送或重传某微报	收到对应的响应微报	启动重传
RetransTime	单个微报最大重传次数限制	5位	微包重传一次，减一	收到对应的响应微报	链路转Shutdown态
CrdNullTime	信约一直空的时间限制	16位	虚信道的信约空	收到对应的响应微报	链路转Shutdown态

 

链路状态：为实现链路的自恢复和自管理功能，系统互连网设计了链路自管理协议。

每条链路（包括输入端和输出端）设计了一个Initial,Normal和Shutdown三态链路状态机。

三个状态的含义和此状态下的操作如下表：

Initial	含义	端口刚上电或热复位时的状态
		1）逻辑复位，如设置XmSN=0xF，RcvSN=0xF，Credit=0等 2）发送端口没有收到正确的初始化-ACK微包时不断发送初始化微包 3）接收端口只接收初始化微包和初始化-ACK微包 4）若接收端口正确接收初始化-ACK微包，设置逻辑初态（如XmSN=0x0，RcvSN=0x0，Credit=最大），进入Normal态
		1）接收端口正确接收初始化-ACK微包，进入Normal态 2）若InitialTime超时，进入Shutdown态
Normal	含义	端口正常工作状态
		1）正常微包的接收、检测、处理和发送； 2）丢弃不正确微包； 3）维护信约、传送序列号、应答序列号等信息 4）微报重传等
		1）若重传超时、信约满超时，进入Shutdown态 2）若收到初始化微包、系统Reset时，进入Initial态
Shutdown	含义	端口出现严重错误时的状态
		1）对正在传向其它输出端口的微报，插入尾标志，或插入尾报文，并置微报的传送错误标志； 2）清空重传缓冲区 3）置各虚信道信约为最大值； 4）异常处理完毕进入Initial态；
		1）若收到初始化微包、系统Reset时，进入Initial态 2）异常处理完毕进入Initial态

 

链路层重传协议：

重传协议+参数设置

重传协议：

滑动窗口协议早期出现在TCP/IP协议中，用于实现无差错的链路层通讯和链路层拥塞控制。主要有GO_Back_N和选择性重传两种实现方式。本方案采用前者。

滑动窗口协议分为发送方和接收方两部分。

发送方：发送窗口（大小：2^N）&重传Buffer队列（大小：2^N-1）；

接收方：接收窗口（大小：1）&接收Buffer队列。

发送窗口：对应已发送而未被响应的报文序列，用窗口的上限和下限两个指针表示发送窗口。

通常，定义窗口的下限为ASK_Expected,表示最早发出的未被响应的窗口序列号；

         窗口的上限为Next_Frame_To_Send,表示下一个将要发出的报文所用的序列号。

接收窗口：用指针Frame_Eepected指示，该指针表示接收方可以接收的报文序列号。

任何序列号不等于接收窗口所对应序列号的报文都将被丢弃。所以该协议只能顺序接收发送方发出的报文，而不能乱序接收。

滑动窗口协议的发送过程如下：

·开始时，窗口的上限（next_frame_to_send）和下限（ask_expected）重叠。

·发送方发出一个报文后，窗口上限滑动1。发送方为每个发出的报文设置一个响应超时计数器，当在预定时间内没有收到该报文的响应时间时，将发送响应超时事件。

·发送方收到响应报文，若响应序列号等于发送窗口下限，则窗口下限滑动1；若响应序列号介于窗口的下限和上限之间，则窗口下限滑动响应序列号+1.最后关闭已收到报文的响应超时计数器，并释放报文所占用的缓存空间。

·关于重传：当滑动窗口下限滑动到x后，在规定时间内没有收到有效的响应报文，产生一个响应超时事件，表示发送的2号报文未被正确接收（丢失或被损坏），此时滑动窗口上限回退到2号报文处，重新开始传送。

·发送过程中，发送方记录了发送窗口的大小（窗口上限-窗口下限），当重传队列大小等于窗口大小，表示重传队列已满，将触发缓冲区满事件，此时将不再接收新的报文进入重传队列。

滑动窗口协议的接收过程如下：

·开始时接收序列号为0，则只能接收序列号为0的报文；

·当收到序列号为0的报文后，就收窗口滑动1，对应接收序列号为1，只接收序列号为1的报文；

·当收到序列号为1的报文后，接收窗口滑动1，对应接收序列号为2，只接收序列号为2的报文。

只有CRC校验码正确的报文才有可能被接收，只有CRC校验正确且序列号正确的报文才能被正确接收。

当一个报文被正确接收后，将发送该报文的响应ASK给发送方，即将该报文的序列号返回发送方。