माइक्रोकंट्रोलर नेटवर्क रिंग

नमस्कार, प्रिय प्रभामंडल!
बहुत समय पहले मुझे "निरर्थक अंगूठी" के रूप में नेटवर्क टोपोलॉजी से निपटना पड़ा था, जिन सिद्धांतों के बारे में मैं बात करना चाहूंगा।
गलतफहमी से बचने के लिए, मुझे तुरंत कहना होगा कि केवल माइक्रोकंट्रोलर पर डिवाइस रिंग से जुड़े हैं - लाइन पर स्विच नहीं हैं और इस तरह की अन्य चीजें हैं। तीन-पोर्ट हार्डवेयर स्विच माइकेल के रूप में भौतिक ईथरनेट परत के साथ केवल माइक्रोकंट्रोलर (बाद में इसके बारे में अधिक)। ठीक है, चूंकि ईथरनेट का उपयोग किया गया था, मैं आगे स्वयं को "नेटवर्क रिंग" अभिव्यक्ति का उपयोग करने की स्वतंत्रता की अनुमति दूंगा।

प्रारंभ में, पोस्ट को चुटकुले और चुटकुले टिप्पणियों और परिवर्धन के साथ इस दस्तावेज़ से अंगूठी को व्यवस्थित करने के तरीकों के अनुवाद के रूप में योजनाबद्ध किया गया था। विकास प्रक्रिया के दौरान, प्रस्तावित विकल्पों का परीक्षण किया गया था, लेकिन उन्होंने किसी कारण से काम नहीं किया। इस लेख का जन्म हुआ। मुझे उम्मीद है कि यहां वर्णित नेटवर्क रिंग के काम को व्यवस्थित करने के तरीके मेरे लिए न केवल उपयोगी हो सकते हैं।
कौन परवाह करता है - बिल्ली में आपका स्वागत है।
कट के नीचे बहुत सारे अक्षर और ट्रैफ़िक हैं

सबसे सरल सिद्धांत का एक सा

जो विषय से परिचित हैं वे सुरक्षित रूप से अगले भाग ("कार्य का सार") पर आगे बढ़ सकते हैं।

चलो शुरू से। यदि एक नेटवर्क में दो से अधिक उपकरणों को संयोजित करना आवश्यक है, तो नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन की समस्या उत्पन्न होती है। आखिरकार, परस्पर जुड़े डिवाइस कई अलग-अलग तरीकों से हो सकते हैं (एक अलग क्रम में, इसलिए बोलने के लिए)। नेटवर्क उपकरणों के लेआउट और कनेक्शन को नेटवर्क टोपोलॉजी कहा जाता है । तीन मूल टोपोलॉजी हैं: स्टार, बस और रिंग। इस लेख में, हम एक रिंग टोपोलॉजी पर विचार करेंगे।

तो, एक वैक्यूम में एक गोलाकार डिवाइस की कल्पना करें , इस तरह से नेटवर्क में जुड़े कई डिवाइस:

यह एक विशिष्ट नेटवर्क रिंग है। आमतौर पर, ऐसी अंगूठी में, डेटा एक दिशा (उदाहरण के लिए, दक्षिणावर्त) में सख्ती से प्रेषित होता है। इस स्थिति में, कम से कम एक संचार लाइन में विराम से पूरे सिस्टम की निष्क्रियता हो सकती है। लेकिन उपकरणों के बीच संचार के आयोजन की विधि के आधार पर, अंगूठी "निरर्थक" हो सकती है। इसका मतलब यह है कि भले ही हम जानबूझकर (या जानबूझकर नहीं) कनेक्शनों में से एक को तोड़ते हैं, उपकरणों के बीच डेटा का हस्तांतरण अभी भी पूर्ण रूप से संभव होगा। लेकिन इसके लिए नेटवर्क रिंग में विनिमय के उचित संगठन की आवश्यकता होती है। हम आगे क्या करेंगे।
यह ध्यान देने योग्य है कि एक रिंग टोपोलॉजी में अतिरेक को दोहरे रिंग के उपयोग के माध्यम से भी प्राप्त किया जा सकता है जिसमें डेटा को अलग-अलग दिशाओं में दोहराया और प्रसारित किया जाता है, लेकिन हम केवल भविष्य में एकल रिंग टोपोलॉजी के बारे में बात करेंगे।

इसलिए, अतिरेक परिचालन को सुनिश्चित करने के लिए एक ब्रेक के लिए अनुमति देता है। यह निस्संदेह एक प्लस है, लेकिन दूसरी ओर यह कुछ समस्याएं पैदा करता है। उदाहरण के लिए, यदि कोई डिवाइस ब्रॉडकास्ट पैकेट (ब्रॉडकास्ट) भेजता है, तो रिंग में प्रत्येक बाद का उपकरण उन्हें उसके पड़ोसी को प्रसारित करेगा, और इसी तरह अनन्तता के लिए एक सर्कल में, जो अंततः नेटवर्क इनऑपरिबिलिटी (तथाकथित ब्रॉडकास्ट तूफान ) को जन्म दे सकता है। इसे रोकने के लिए, "लूप्स" से बचने के लिए विशेष प्रोटोकॉल विकसित किए गए हैं, साथ ही नेटवर्क टोपोलॉजी में सबसे छोटे रास्ते खोजने के लिए। इस तरह के प्रोटोकॉल, उदाहरण के लिए, एसटीपी, आरएसटीपी, एमएसटीपी और एसटीबी हैं। मूल रूप से, ये प्रोटोकॉल जटिल टोपोलॉजी के लिए अभिप्रेत हैं, जिसमें एक स्टार के रूप में कॉन्फ़िगरेशन, और एक अंगूठी के रूप में, और तीन बुनियादी टोपोलॉजी के अधिक जटिल संयोजन में एक साथ उपयोग किया जा सकता है। अधिक विवरण यहां , यहां और यहां देखे जा सकते हैं ।

कार्य का सार

उपकरणों के बीच विनिमय को व्यवस्थित करें ताकि कोई प्रसारण तूफान न हो, और एकल ब्रेक की स्थिति में नेटवर्क चालू रहना चाहिए। इसके अलावा, अंगूठी के टूटना को सटीक रूप से निर्धारित करना संभव होना चाहिए।

हमारे पास क्या है?

• एक बिजली की ट्रेन में स्थापित 14 माइक्रोकंट्रोलर (STM32F207) पर उपकरण
• एक अंगूठी में जुड़े उपकरण
• ईथरनेट की एक भौतिक परत के रूप में, एक हार्डवेयर स्विच Micrel KSZ8863 / RLL का उपयोग किया जाता है
• नेटवर्क उपयोग से सीपीयू का उपयोग कम से कम होना चाहिए। वास्तव में, यह सबसे महत्वपूर्ण आवश्यकताओं में से एक है, क्योंकि वास्तविक समय में प्रोसेसर काम की मांग करने में संलग्न है और प्रत्येक मिलीसेकंड की गणना करता है
• ऐसा हुआ कि एक बिंदु से बिंदु कनेक्शन की आवश्यकता नहीं थी। केवल प्रसारण का उपयोग किया जाता है। लेकिन अंतिम समाधान आपको इसे लागू करने की अनुमति देता है (एक निश्चित खत्म के साथ)

चूंकि सभी आगे एल्गोरिदम सीधे KSZ8863 / RLL स्विच से संबंधित होंगे, तो इसके बारे में थोड़ा और अधिक:
यहाँ पर डाटशीट
संक्षेप में:

• तीन-पोर्ट स्विच (दो ईथरनेट पोर्ट "आउट" और एक "इन" इन प्रोसेसर, इसके बाद क्रमशः पोर्ट नंबर 1, 2 और 3 के रूप में संदर्भित किया जाता है)
• बंदरगाहों 1 और 2 के लिए अलग मैक पते
• प्रति प्रोसेसर इंटरफेस: MII और RMII प्लस प्रबंधन इंटरफेस - I2C और SPI
• 8 स्टैटिक रूट (ओह, मैंने कितनी देर तक इस फुटनोट को डेटशीट में देखा, लेकिन उस पर और बाद में)
• रूटिंग के दौरान "अपने" पैकेट को छानना (लूपिंग के खिलाफ सुरक्षा)
• डायनामिक रूट (यह मैक पते और पोर्ट नंबर जिस पर पैकेट आते हैं) के आधार पर खुद सीखता है
• वीएलएएन आईडी के लिए समर्थन, गति 10/100 मेगाबिट्स, ऑटो-बातचीत, यह केबल के "क्रॉस" को निर्धारित कर सकता है, केबल ब्रेक के बिंदु तक मीटर में दूरी और कुछ और उपहार

समाधान के लिए खोजें

विकास के प्रारंभिक चरण में, निम्नलिखित कारणों से मौजूदा नेटवर्क प्रबंधन प्रोटोकॉल (एसटीपी, आरएसटीपी, आदि) को छोड़ने का तुरंत निर्णय लिया गया था:

• हमारे सरल टोपोलॉजी के लिए बहुत अधिक।
• इनमें से कोई भी प्रोटोकॉल भौतिक परत द्वारा भौतिक रूप से समर्थित नहीं है। और, तदनुसार, लोड प्रोसेसर पर पड़ता है, जो पहले से ही मीठा नहीं है। हालांकि स्विच डेटशीट में एक लाइन "IEEE 802.1d तेजी से फैले पेड़ प्रोटोकॉल का समर्थन" है, वास्तव में, इसका मतलब है कि डेटाशीट में एक अनुमानित एल्गोरिथ्म शामिल है जिसे प्रोसेसर का उपयोग करके लागू किया जा सकता है, जो हमारे लिए पूरी तरह से उपयुक्त नहीं है।

और यह भी, चूंकि लोड को कम करने के लिए हमारे सिस्टम में केवल ब्रॉडकास्ट की जरूरत थी, इसलिए ट्रांसपोर्ट लेयर प्रोटोकॉल को छोड़ना तय किया गया, यानी नंगे ईथरनेट पैकेट्स पर सब कुछ करना।

लेकिन पहले, आइए देखें कि रिंग बनाने के लिए स्विच निर्माता हमें कैसे प्रदान करता है।

विकल्प संख्या 1 (केवल भौतिक परत के माध्यम से समस्या को हल करने का प्रयास - अप्रबंधित वलय)

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पैकेट के स्रोत डिवाइस के मैक पते द्वारा फ़िल्टरिंग (मैक सोर्स एड्रेस फ़िल्टरिंग)

स्विच "लर्निंग" और "फ़ॉरवर्डिंग" पैकेट के हार्डवेयर तंत्र को लागू करता है। पैकेट प्राप्त करने के बाद, स्विच "सीखता है" - यह प्रेषक मैक पते और संबंधित पोर्ट संख्या को बचाता है जिससे पैकेट गतिशील मार्गों की तालिका में प्राप्त किया गया था। पैकेट को अग्रेषित करने का निर्णय इस तालिका और गंतव्य उपकरण (मैक मैक) के मैक पते के आधार पर किया जाता है। यदि तालिका में एक मिलान पाया जाता है (मैक पता पहले से ही स्विच पर जाना जाता है), तो पैकेट को संबंधित पोर्ट पर पुनर्निर्देशित किया जाता है। यदि पता अज्ञात है, तो पैकेट को सभी बंदरगाहों को भेज दिया जाएगा, सिवाय इसके कि यह प्राप्त हुआ था (यह डिफ़ॉल्ट व्यवहार है और इसे कॉन्फ़िगर किया गया है)।

इस प्रकार (पैकेट प्राप्त होने पर) प्रेषक का पता केवल याद रखा जाता है और राउटिंग का निर्णय लेते समय उपयोग नहीं किया जाता है। यह "लूपेड" पैकेट की उपस्थिति से भरा हुआ है। हालांकि, यदि स्विच प्रेषक के पते के आधार पर आने वाले पैकेटों को फ़िल्टर करने में सक्षम है (और KSZ8863 सक्षम है), तो अनियंत्रित रिंग का कार्यान्वयन संभव है। जैसे ही स्विच एक प्रेषक पते के साथ एक पैकेट प्राप्त करता है जो बंदरगाहों में से एक के स्थानीय मैक पते से मेल खाता है, पैकेट गिरा दिया जाता है। यही है, पैकेज एक पूर्ण चक्र पूरा करने के बाद रिंग से निकाल दिया जाता है।

योजनाबद्ध रूप से, इसे निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

नमूना एल्गोरिथ्म:

1. स्विच प्रोसेसर से एक पैकेट प्राप्त करता है (पोर्ट 3 से)
2. इसे बंदरगाहों में से एक में भेजता है (उदाहरण के लिए, हमेशा नंबर 2 को पोर्ट करने के लिए)
3. पैकेट पूर्ण रिंग के माध्यम से चलता है और प्रेषक द्वारा छोड़ दिया जाता है (चित्र में, 1 स्विच ने पैकेट भेजा और, एक पूर्ण चक्र के बाद, इसे गिरा दिया)

पेशेवरों:

• सब कुछ स्विच द्वारा किया जाता है, प्रोसेसर पर कोई भार नहीं है

विपक्ष:

• यदि आप किसी एक कनेक्शन को तोड़ते हैं, तो नेटवर्क काम करना बंद कर देगा

यह हमें शोभा नहीं देता। हम आगे देखते हैं।

विकल्प संख्या 2 - विकल्प संख्या 1 पर आधारित अतिरेक

प्रेषक पते द्वारा फ़िल्टर करके अतिरेक को व्यवस्थित करने का सबसे आसान विकल्प प्रोसेसर से प्राप्त पैकेट को दो बाहरी बंदरगाहों (रिंग के दोनों तरफ) पर भेजना है। इस मामले में, एकल ब्रेक के साथ, पैकेज अभी भी सभी उपकरणों द्वारा प्राप्त किया जाएगा। सबसे महत्वपूर्ण समस्या यह है कि अगर रिंग में कोई ब्रेक नहीं है, तो सभी उपकरणों को यह पैकेट दो बार (डुप्लिकेट) प्राप्त होगा। दूसरी ओर, डुप्लिकेट की अनुपस्थिति से, आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि किन उपकरणों के बीच ब्रेक हुआ है। यह इस तरह से कुछ काम करता है:


यहां, पिछले संस्करण की तरह, पैकेट एक सर्कल में चलता है और प्रेषक द्वारा गिरा दिया जाता है।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, नुकसान डुप्लिकेट पैकेट हैं, जो प्रोसेसर पर लोड बढ़ाते हैं और नेटवर्क की दक्षता को कम करते हैं। इसके अलावा, डुप्लिकेट प्राप्त करने से स्विच के सीखने के तंत्र के साथ एक समस्या होगी। सबसे पहले, गतिशील तालिका लगातार बदल जाएगी (फिर एक पैकेट एक पोर्ट से आएगा, फिर दूसरे से, और मैक पता समान है) और सबसे खराब पथ विकल्प हमेशा तालिका में अंतिम होगा (सबसे लंबा पैकेट जो तालिका में "सबसे खराब" पोर्ट लिखेगा) । दूसरी बात - यह इस तथ्य को जन्म दे सकता है कि पैकेजों में से एक "स्थानीय पैकेज" के रूप में गिर जाएगा। लोकल एक पोर्ट से आने वाला पैकेट है, जिसे रूट करने के दौरान इसे रीडायरेक्ट किया जाना चाहिए। यह कुछ इस तरह से निकलता है:


आकृति की व्याख्या:

1. प्रोसेसर # 4 डिवाइस # 1 को एक पैकेट भेजता है
2. स्विच नंबर 4 इसे दोनों बाहरी बंदरगाहों को भेजता है
3. स्विच # 1 पर, पहला पैकेट पोर्ट 1 पर आ जाएगा (क्योंकि दूरी कम है) और मैक 4 के लिए राउटिंग टेबल में पोर्ट 1 पर सेट हो जाएगा।
4. फिर, स्विच # 1 पर, एक डुप्लिकेट पैकेट पोर्ट 2 पर आता है (दूरी अधिक है और आपको दो उपकरणों के माध्यम से जाने की आवश्यकता है) और मैक 4 के लिए राउटिंग टेबल में पोर्ट 2 पर सेट हो जाएगा।

तब निम्न होता है:

1. प्रोसेसर # 2 डिवाइस # 4 को एक पैकेट भेजता है
2. स्विच नंबर 2 इसे दोनों बाहरी बंदरगाहों को भेजता है
3. पैकेट पोर्ट 2 पर स्विच # 1 पर आता है और गिरता है क्योंकि राउटिंग टेबल बताता है कि मैक 4 पैकेट के लिए उसी पोर्ट पर रीडायरेक्ट किया जाना चाहिए।
4. परिणामस्वरूप डिवाइस नंबर 4 एक डुप्लिकेट के बिना केवल एक पैकेट प्राप्त करेगा।

परिणामस्वरूप, हमारे पास यह है कि हम यह निर्धारित नहीं कर सकते कि कोई डुप्लिकेट क्यों नहीं था। और वास्तव में डुप्लिकेट के गायब होने का कारण क्या था - एक चट्टान या एक आकस्मिक गिरावट।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि दोनों डुप्लिकेट आते हैं जब कोई क्लिफ नहीं है, तो आपको स्विच में सीखने को अक्षम करना होगा। प्रशिक्षण को अक्षम करने से तथ्य यह होता है कि राउटिंग टेबल हमेशा खाली रहता है और स्थानीय पैकेट कभी नहीं गिरते हैं। इस समाधान का मुख्य नुकसान, फिर से, प्रोसेसर पर रेकिंग डुप्लिकेट के भार का स्थानांतरण है। इस मामले में, सभी आने वाले पैकेटों को पोर्ट 3 में भेजा जाता है, भले ही वे प्रोसेसर को संबोधित किए जाएं या नहीं। इस समस्या को अज्ञात पतों के साथ पैकेटों के पुनर्निर्देशन को तीसरे पोर्ट पर रोककर हल किया जा सकता है (ताकि सभी पैकेट उन पतों को छोड़कर जो स्थैतिक मार्गों में हैं)।

पेशेवरों:

• यदि नेटवर्क टूटता है, तो यह काम करना जारी रखेगा।

विपक्ष:

• सीपीयू ओवरहेड

नोट: सभी तामझाम के बाद, मैं अभी भी कुछ बदलावों और अपने प्रोटोकॉल के साथ इस विकल्प पर आया था। लेकिन अभी के लिए, हम यह नहीं जानते हैं, तो चलिए विकल्पों की कोशिश जारी रखते हैं ...

विकल्प संख्या 3 - पिछले एक का एक उन्नत संस्करण (अब - एक नियंत्रित रिंग)

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, पिछली विधि का मुख्य नुकसान डुप्लिकेट पैकेट हैं जो प्रोसेसर पर लोड बढ़ाते हैं। इस विकल्प में, हम ऐसा करके इसे ठीक करेंगे:

• रिंग के प्रत्येक डिवाइस को रिसेप्शन के लिए बाहरी पोर्ट में से एक को डिस्कनेक्ट करना होगा ( ध्यान दें: सभी डिवाइस को पोर्ट को उसी नंबर पर डिस्कनेक्ट करना होगा !)। इसके कारण हमें मिलता है:
  
  • रिंग में पैकेज केवल एक ही रास्ता होगा
  • परिणामस्वरूप प्रोसेसर-रिसीवर को डुप्लिकेट के बिना केवल एक पैकेट प्राप्त होगा
  • रिंग ब्रेक के मामले में डिस्कनेक्टेड पोर्ट का उपयोग किया जाएगा

इसके अलावा यहां हम एक विशेष स्विच इंटरप्ट का उपयोग करेंगे, जो लाइन स्थिति ( लिंक स्टेटस इंटरप्ट ) में बदलाव का संकेत देता है।

इस समाधान के लिए पहले से ही निरंतर निगरानी और (ब्रेक की स्थिति में) प्रोसेसर से नियंत्रण की आवश्यकता होती है। यही है, वास्तव में, अंगूठी पहले से ही प्रबंधित (प्रबंधित) हो रही है, लेकिन बदले में हमें त्वरित गलती का पता चलता है और बड़े नेटवर्क में भी रिंग का त्वरित पुन: संयोजन होता है।

प्रारंभ पर स्विच करें:

1. प्रत्येक डिवाइस में बंदरगाहों 1 और 2 पर सीखने को अक्षम करें।
2. हम एक स्थैतिक मार्ग को कॉन्फ़िगर करते हैं जिसके साथ हमारे स्थानीय एक के बराबर प्राप्तकर्ता पते वाले सभी पैकेट को पोर्ट 3 (प्रोसेसर को) भेजा जाता है।
3. हम अज्ञात पते के लिए रूटिंग को सक्षम करते हैं (अज्ञात प्राप्तकर्ता पते वाले सभी पैकेट दोनों बाहरी बंदरगाहों को भेजे जाएंगे)।
4. सभी उपकरणों में 2 पोर्ट पर रिसेप्शन बंद करें।
5. लाइन स्थिति परिवर्तन पर रुकावट चालू करें।

नतीजतन, सभी ट्रैफ़िक पहले पोर्ट पर आते हैं और दूसरे को छोड़ देते हैं (पैकेट क्लॉकवाइज़ चलते हैं)।

यदि उपकरणों के बीच संचार बाधित होता है, तो इन उपकरणों पर लिंक स्टेटस इंटरप्ट आएगा और हमें रिंग को फिर से कॉन्फ़िगर करने के लिए आगे बढ़ना होगा।

अंगूठी का पुनर्निर्माण

प्रक्रिया बहुत सरल है और न्यूनतम देरी से चलती है।

1. प्राप्त करने के बाद, हम जांचते हैं कि कौन सा पोर्ट खुला है।
2. अगर पहले, फिर
   
   • हम सभी उपकरणों को एक प्रसारण संदेश भेजते हैं जिसे प्राप्त करने के लिए पोर्ट 2 को सक्षम करना आवश्यक है
   • हम घर पर 2 पोर्ट से पैकेट के रिसेप्शन को चालू करते हैं
3. यदि दूसरे पोर्ट पर है, तो
   
   • प्रसारण संदेश को अनदेखा करें जिसे आपको प्राप्त करने के लिए 2 पोर्ट को सक्षम करने की आवश्यकता है
   • यदि आवश्यक हो, तो हम निदान करते हैं।

KSZ8863 में एक ब्रेक का स्थान निर्धारित करने के लिए एक अंतर्निहित तंत्र है (आंतरिक रजिस्टरों से आप केबल क्षति के बिंदु तक मीटर में अनुमानित दूरी पढ़ सकते हैं)।

रिंग रिकवरी:

जब केबल ठीक हो जाती है, तो हम फिर से लिंक स्टेटस इंटरप्ट प्राप्त करेंगे

1. जाँच किस पोर्ट में रुकावट आई।
2. यदि पहला है, तो हम सभी उपकरणों पर एक प्रसारण संदेश भेजते हैं कि पोर्ट 2 से रिसेप्शन को अक्षम करना आवश्यक है

संकुल फिर से दक्षिणावर्त चलने लगता है। लाभ!

दस्तावेज़ में निम्नलिखित संख्याएँ भी हैं:

रिंग ट्यूनिंग देरी:
लेटेंसी = टी _{इंटरप्ट} + टी _{रीड इंटरप्ट} + टी _{ब्रॉडकास्ट मैसेज} + टी _{पी २ प्राप्त करें}

टी _बाधा = लगभग 100us
5Mhz की आवृत्ति के साथ SPI इंटरफ़ेस के लिए टी _{रीड / राइट} = 4.8us (एक रजिस्टर लिखने के लिए आपको तीन बाइट्स को धोखा देने की आवश्यकता है)
T _{संदेश} = (n - 1) x 7.7us (जहां n रिंग में उपकरणों की संख्या है) - वह समय जिसमें प्रसारण अंतिम डिवाइस तक पहुंच जाएगा। इसका तात्पर्य लंबाई में 64 बाइट के एक पैकेट और प्रति डिवाइस 7.7us की देरी से है

हमें मिलता है:
विलंबता = 100us + 4.8us + (n - 1) x 7.7us + 4.8us

उदाहरण के लिए, 16 उपकरणों की एक अंगूठी के लिए:
विलंबता = 225us (लगभग)

उपरोक्त सूत्र के आधार पर, आप अधिकतम स्वीकार्य विलंब के साथ नेटवर्क पर अधिकतम उपकरणों की गणना कर सकते हैं:
उदाहरण के लिए, यदि अधिकतम स्वीकार्य देरी 1ms है, तो हम प्राप्त करते हैं:
1ms = 100us + 4.8us + (n - 1) x 7.7us + 4.8us
n <(890.4 / 7.7) + 1
रिंग में उपकरणों की अधिकतम संख्या: n = 116

यह डेवलपर्स KSZ8863 सिरों से आधिकारिक दस्तावेज है।

सभी लोग खुश हैं, आप सभी को धन्यवाद, पर्दा ...

और पर्दे के बाद, हमेशा की तरह, मज़ा शुरू होता है:

विकल्प नंबर 3, सिद्धांत रूप में, सभी को अनुकूल बनाता है। स्वाभाविक रूप से, मामूली सुधार के साथ, क्योंकि अब प्रस्तुत रूप में यह पूरी तरह से विश्वसनीय नहीं है। मुझे एक उदाहरण के साथ समझाता हूं: यदि एक ब्रेक का पता लगाने के बाद भेजे गए ब्रॉडकास्ट पैकेट को सभी उपकरणों द्वारा प्राप्त नहीं किया जाता है (आप कभी नहीं जानते कि यह कैसे निकलता है, बिजली खो जाएगी), तो कनेक्शन पूरी तरह से अलग हो जाएगा।
लेकिन मुझे गहरी खुदाई नहीं करनी पड़ी, क्योंकि एक और वैश्विक समस्या सामने आई।

तो, हमारे पास योजनाबद्ध रूप से चित्रित अंगूठी है:



दुर्भाग्य से, ट्रेन में कारें इतनी युग्मित नहीं हैं।

हम अपनी ट्रेन को नष्ट कर देते हैं, कारों में उपकरणों को स्थापित करते हैं क्योंकि उन्हें खड़ा होना चाहिए और इसे प्राप्त करना चाहिए:



पहली गलती तुरंत आपकी आंख को पकड़ती है - आंकड़े में, कारों के "नीचे" पर जाने वाली केबल बहुत लंबी है। मुझे अब पूरी रचना की लंबाई याद नहीं है, लेकिन यह लगभग 250 मीटर है। यानी, ईथरनेट के लिए, इस लंबाई की एक केबल घातक है।

यह वास्तव में कोई समस्या नहीं है, और मुख्य डेवलपर सबसे अच्छा विकल्प लेकर आया है - इस तरह:



जैसा कि आप देख सकते हैं - अब कारें एक के माध्यम से जुड़ी हुई हैं। यहां उपकरणों पर पोर्ट नंबर दिए गए हैं। और आप देख सकते हैं कि वे रिंग निर्माण के पहले से प्रस्तावित संस्करण में बहुत अच्छी तरह फिट हैं।

लाभ? - कोई फर्क नहीं पड़ता।

अचानक (हाँ, हमेशा की तरह) , एक अतिरिक्त स्थिति दिखाई दी कि ऑपरेशन के दौरान किसी भी कार (प्रमुख को छोड़कर) को तैनात किया जा सकता है। और सिस्टम, निश्चित रूप से, काम करना चाहिए। और यह पता चला है कि ऐसी आपदा है:



जैसा कि आप देख सकते हैं, रिंग कनेक्शन टूट गया है। यदि यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि क्यों, मैं समझाता हूं। पिछली तस्वीर में, आप पूरी तरह से रिंग के चारों ओर जा सकते हैं, उदाहरण के लिए, यह कि पोर्ट 2 केवल ट्रांसमिशन के लिए काम करता है। यही है, आप श्रृंखला के माध्यम से जा सकते हैं: पोर्ट 2 -> पोर्ट 1, पोर्ट 2 -> पोर्ट 1. और इसी तरह। एक कार मोड़ के बाद, इस सिद्धांत का उल्लंघन किया जाता है।

इसलिए, प्रतीत होता है कि आदर्श विकल्प को छोड़ दिया गया था और एक नए की तलाश की गई थी।
ठीक है, चलो साइकिल का आविष्कार करना शुरू करते हैं ...

बाइक # 1 - प्रबंधित निरर्थक रिंग कंट्रोल प्रोटोकॉल (MRRCP) v1.0

फिर यह समझ में आया कि प्रोसेसर को वैसे भी लोड करना होगा, और आप न्यूनतम नियंत्रण के साथ एक भौतिक स्तर से दूर नहीं होंगे। आपको कनेक्शन के किसी भी कॉन्फ़िगरेशन के लिए अंगूठी को गतिशील रूप से पुनर्निर्माण करने में सक्षम होना चाहिए।
यह पसंद है या नहीं, मुझे अंगूठी को नियंत्रित करने के लिए अपने स्वयं के प्रोटोकॉल का आविष्कार करना पड़ा। दरअसल, इसका महाकाव्य नाम ऊपर दिया गया है।

मुझे आपको एक बार फिर याद दिलाना है - जितना संभव हो उतना कम नेटवर्क के साथ प्रोसेसर को लोड करना महत्वपूर्ण था। इसलिए, ईथरनेट का उपयोग करने के "शुद्धता" के दृष्टिकोण से, इस संस्करण में जो कुछ भी आगे लिखा गया है वह रात के पंखों पर डरावनी उड़ान है ...

प्रारंभ:

1. स्विच में पता सीखने को अक्षम करें
2. हम बंदरगाहों 1 और 2 के लिए स्थानीय पते स्थापित नहीं करते हैं, हमें उनकी आवश्यकता नहीं है
3. हम सभी बंदरगाहों पर स्वागत और संचरण को रोकते हैं (स्थैतिक मार्ग इन अवरोधों को "बाधित" कर सकते हैं - हम उनका उपयोग करते हैं)
4. हम अपने स्विच में स्थिर मार्गों को साफ़ करते हैं।
5. हम इस तरह से शून्य मार्ग लिखते हैं:
   
   • सब कुछ जो प्राप्तकर्ता पते के साथ जाता है 44: 44: 00: 00: 00: 07 (यह MRRCP के लिए एक प्रकार का प्रसारण पता है) केवल प्रोसेसर पर पुनर्निर्देशित है।

आरंभीकरण की बात यह है कि प्रोसेसर को हमारी अनुमति के बिना कुछ भी नहीं मिलता है और नेटवर्क पर नहीं जाता है।

एल्गोरिथ्म ही:

प्रत्येक डिवाइस में एक मार्ग तालिका होती है (वास्तव में, यह संरचनाओं का एक सरणी है)। प्रत्येक ऐसी संरचना अंगूठी में एक विशिष्ट उपकरण को संदर्भित करती है। संरचना कुछ इस प्रकार है:

struct { //     ... unsigned char DestinationDevice; //       ,     unsigned char SendToPort; //  ""   -    + 1. unsigned char MinDistance; //       unsigned char NotUpdatedTimes; } Route; 

यही है, प्रत्येक डिवाइस जानता है कि किसी अन्य को कैसे प्राप्त किया जाए (डिवाइस को पैकेट भेजने के लिए और डिवाइस कहाँ तक स्थित है)। पूरा एल्गोरिथ्म इस मार्ग तालिका के चारों ओर घूमता है।
पावर-अप के बाद, पूरे रूट टेबल को स्पष्ट रूप से गलत मानों के साथ भरा जाता है ताकि रिंग का निर्माण हो सके, इसलिए बोलने के लिए, शून्य से।

एन मिलीसेकंड की आवृत्ति के साथ, प्रत्येक डिवाइस अपने एमआरआरसीपी पैकेट को पोर्ट 1 और पोर्ट 2 को भेजता है। एन को छत से ले जाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 200. यह सब इस बात पर निर्भर करता है कि ब्रेक के बाद रिंग के पुनर्निर्माण की गति कितनी महत्वपूर्ण है। हमारे लिए विश्वसनीयता अधिक महत्वपूर्ण थी (किसी भी तरह पुनर्निर्माण के बजाय निश्चित रूप से पुनर्निर्माण किया जाना चाहिए, लेकिन जल्दी से)।

पैकेट को इस तरह भेजा जाता है:

• गंतव्य मैक - 44: 44: 00: 00: 00: 07
• स्रोत मैक - 22: 22: 00: 00: 00: XX , जहां XX डिवाइस नंबर है
• एथेराइप - 0x7701 (चयनित ताकि यह आम तौर पर स्वीकृत लोगों के साथ ओवरलैप न हो)
• पैकेज शरीर:
  
  • YY - श्रृंखला में उपकरणों की संख्या
  • XX - श्रृंखला शुरू करने वाले डिवाइस की संख्या
  • ZZ..ZZ - डिवाइस चेन - डिवाइस नंबर जिसके माध्यम से यह पैकेट पास हुआ। यही है, प्रत्येक डिवाइस यहां अपना लेबल छोड़ता है और पैकेट को आगे भेजता है (कुछ आरक्षण के साथ - नीचे देखें)।
• ईथरनेट पैकेट के अंतिम चार बाइट्स हार्डवेयर-परिकलित चेकसम (CRC32) को संचारित करते हैं

MRRCP पैकेट प्रसंस्करण:

1. पैकेट में डेटा की वैधता के लिए विभिन्न प्रकार के चेक (प्रेषक, चेकसम, आदि की डिवाइस संख्या की जांच)
2. हम एक चक्र में उपकरणों की श्रृंखला से गुजरते हैं , जो अंत से शुरू होता है :
   
   • श्रृंखला में अंतिम डिवाइस हमारे निकटतम पड़ोसी की संख्या है, एक डिवाइस के माध्यम से पड़ोसी की संख्या है, आदि। इस प्रकार, श्रृंखला से डिवाइस के लिए "दूरी" निर्धारित की जाती है
   • यदि डिवाइस की दूरी रूट तालिका में संग्रहीत है, तो हम प्रोसेसर की मेमोरी में मार्ग को अपडेट करते हैं और स्विच में स्थिर मार्ग संख्या X को भी अपडेट करते हैं (जहां X श्रृंखला से डिवाइस नंबर है)। कृपया ध्यान दें कि यदि मूल्य कम है तो अपडेट करना आवश्यक है। क्योंकि रिंग में उपकरणों की एक समान संख्या के साथ, विरोधी उपकरणों की रिंग के एक तरफ और दूसरी तरफ समान दूरी होगी। एक उदाहरण के लिए, आकृति में नीचे दिए गए उपकरणों नंबर 1 और नंबर 8 को देखें।
   • यदि NotUpdatedTimes फ़ील्ड एक निश्चित सीमा से अधिक है (तो यह रूट वैधता टाइमआउट है), इसके अलावा, आपको रूट रूट करना होगा। यही है, यदि मार्ग लंबे समय तक अपडेट नहीं किया गया है और अचानक इस उपकरण से एक पैकेट आता है, तो यह अपडेट किया जाएगा, भले ही दूरी तालिका में संग्रहीत की गई दूरी से अधिक हो। ब्रेक की स्थिति में रिंग को फिर से बनाना आवश्यक है। NotUpdatedTimes फ़ील्ड टाइमर द्वारा बढ़ाई गई है और जब हम डिवाइस से एक पैकेट प्राप्त करते हैं, तो इसे रीसेट कर दिया जाता है, और इसके लिए रूट तालिका में पहले से ही सही मान लिखे जाते हैं।
3. यदि पैकेट हमारे डिवाइस द्वारा नहीं भेजा गया था (और यदि हमारी डिवाइस श्रृंखला में नहीं मिली है), तो हमारे नंबर को श्रृंखला के अंत में जोड़ें और इसे "विपरीत" पोर्ट पर भेजें जहां से MRRCP पैकेट प्राप्त हुआ था (उदाहरण के लिए, यदि 1 से, तो दूसरा और इसके विपरीत, जैसे कि हम खुद के माध्यम से पैकेट को पारित कर रहे थे, एक चिह्न जोड़कर कि पैकेट ने हमें पास किया था)। श्रृंखला में हमारे डिवाइस की उपस्थिति की जांच पैकेट को ड्रॉप करने के लिए आवश्यक है जो पहले से ही एक सर्कल में चले गए हैं।

यहाँ तस्वीर में एक छोटा सा उदाहरण है:


डिवाइस नंबर 8 (यह पहले के विपरीत है) के लिए, मार्गों का निर्माण इस आधार पर किया जाएगा कि रिंग का पहला किनारा बहुत तेजी से "रन" करता है।
कृपया ध्यान दें कि आंकड़ा उन मार्गों को दिखाता है जो प्रोसेसर मेमोरी में संग्रहीत हैं, न कि स्टैटिक स्विच मार्ग।

स्विच के लिए स्थिर मार्गों को लिखने के बारे में:
रूट को इस तरह से लिखना होगा:
Dest.MAC - 55: 55: 00: 00: 00: XX , जहां ( XX श्रृंखला से डिवाइस नंबर है)
अग्रेषित पोर्ट - पोर्ट संख्या, पैकेट + पोर्ट 3 (प्रोसेसर) से आया है , जहां इसके विपरीत है । यही है, अगर पैकेट पोर्ट 1 से आया है, तो आपको पोर्ट 2 लिखने और इसके विपरीत करने की आवश्यकता है। ऐसा क्यों - नीचे स्पष्टीकरण देखें।

सामान्य तौर पर, एल्गोरिथ्म निम्नानुसार काम करता है:

• प्रारंभ में, MRRCP पैकेट को छोड़कर कोई एक्सचेंज नहीं है
• प्रत्येक डिवाइस से MRRCP पैकेट एक बार पूरी रिंग में चलने के बाद, नेटवर्क टोपोलॉजी की एक समग्र तस्वीर सभी उपकरणों में दिखाई देती है (जिसे पोर्ट भेजना है)
• उपकरणों के बीच संचार शुरू होता है

स्थिर मार्गों (बंदरगाहों के साथ "इसके विपरीत") के लिए धन्यवाद, हम एक प्रसारण प्रसारित कर सकते हैं, लेकिन कोई बिंदु-से-बिंदु संचार नहीं होगा।

प्रसारण प्रसारण के लिए, आपको डेस्ट के साथ दोनों बंदरगाहों (1 और 2) को पैकेट भेजने की आवश्यकता है। एमएसी 55: 55: 00: 00: 00: XX , जहां XX आपके (हां, बिल्कुल आपके) डिवाइस की संख्या है। स्टैटिक रूट्स में पोर्ट नंबरों के फ़्लिप होने के कारण, ब्रॉडकास्ट रिंग में मौजूद सभी डिवाइसों के माध्यम से जाएगा और डिवाइस पर ड्रॉप, प्रेषक से रिंग के "पीछे की ओर" होगा। कोई डुप्लिकेट नहीं होगा, क्योंकि वे स्टैटिक रूटों के आधार पर ड्रॉप होंगे।

स्पष्टीकरण:



ब्रेक पॉइंट उन उपकरणों पर निर्धारित किया जाता है जिनके लिए सबसे दूर के उपकरण की अधिकतम दूरी N - 1 है (जहां N नेटवर्क पर उपकरणों की संख्या है)। देखें तस्वीर:



यह देखा जा सकता है कि डिवाइस नंबर 1 और नंबर 6 की दूरी (6 - 1) = 5 के साथ मार्ग होंगे, जिसका अर्थ है कि उनके बीच का ब्रेक।
विषम संख्या में उपकरणों के साथ एक अंगूठी के लिए, एक ब्रेक को थोड़ा अलग माना जाता है - यह वहां थोड़ा आसान है।
ब्रेक का पता लगाने का एक विकल्प लिंक स्टेटस इंटरप्ट का उपयोग करना हो सकता है, जैसा कि ऊपर वर्णित है।

पेशेवरों:

• नेटवर्क के टूटने और पुनर्स्थापित होने पर रिंग को गतिशील रूप से फिर से बनाया जाता है

विपक्ष:

• ऐसा लगता था कि वे वहां नहीं थे, लेकिन मुझसे गलती हुई

परिणाम:

सब कुछ 3 उपकरणों के डिबग स्टैंड पर काम किया, लेकिन मैं साइकिल का आविष्कार करने में मुझे रोक नहीं सका ...

बाइक नंबर 2 - अंतिम, MRRCP v2.0

जाँच के दौरान, यह पता चला कि सातवें से ऊपर की संख्या वाले उपकरण रिंग में सही ढंग से काम नहीं करते हैं। एक समस्या की तलाश में एक दिन मारे जाने के बाद, यह पता चला कि मुझे (पश्चाताप और राख को अपने सिर पर डालना) स्विच डेटशीट में एक फुटनोट पर ध्यान नहीं दिया गया था कि उसके पास केवल आठ स्थिर मार्ग थे। यही है, एल्गोरिथ्म केवल तभी काम करता है जब अंगूठी में 8 से कम डिवाइस हों। यह एक महाकाव्य फ़ाइल थी। लेकिन पिछली बाइक से प्रसारण के लिए Dest.MAC के साथ एक बैसाखी को फिर से बनाने का एक अच्छा कारण था।

इस तरह से नए और अंतिम संस्करण का जन्म हुआ। यह केवल स्विच के साथ काम में भिन्न होता है। MRRCP पैकेट के साथ, सब कुछ समान रहता है।

प्रारंभ:

1. पोर्ट 1 और 2 के लिए स्थानीय मैक पते को 22: 22: 00: 00: 00: XX में सेट करें , जहां XX हमारे डिवाइस की संख्या है
2. स्थिर मार्गों को साफ़ करें
3. हम इस तरह से शून्य मार्ग लिखते हैं:
   
   • सब कुछ जो प्राप्तकर्ता पते के साथ जाता है 44: 44: 00: 00: 00: 07 (यह एक प्रकार का ब्रॉडकास्ट MRRCP पता है) केवल पोर्ट 3 में प्रोसेसर पर पुनर्निर्देशित है।
4. हम इस तरह से पहला रास्ता लिखते हैं:
   
   • सब कुछ जो प्राप्तकर्ता के पते के साथ चला जाता है 55: 55: 00: 00: 00: 01 (यह डेटा के लिए एक प्रकार का प्रसारण पता है) सभी बंदरगाहों पर पुनर्निर्देशित किया गया है (स्विच ही पोर्ट को छोड़ देगा जिसके माध्यम से अग्रेषित पैकेट प्राप्त हुआ था)।
5. प्रशिक्षण, साथ ही सभी बंदरगाहों पर स्वागत और प्रसारण अक्षम करें (ताकि केवल स्थिर मार्ग ही काम करें)
6. हम पोर्ट 1 और 2 पर सोर्स मैक फिल्टर को चालू करते हैं (ताकि ब्रॉडकास्ट को प्रसारित करने वाले उपकरण एक पूर्ण सर्कल से चलने के बाद उसके पैकेट को छोड़ दें)

MRRCP पैकेट पिछले संस्करण की तरह भेजे गए हैं। और हैंडलर में, आपको बस स्विच में स्थिर मार्गों के प्रवेश को हटाने की आवश्यकता है।

प्रसारण अब इस तरह किया जाता है:

1. ब्रॉडकास्ट डिवाइस डेस्ट.मैक 55: 55: 55: 00: 00: 01 और Src.MAC 22: 22: 00: 00: 00: XX के साथ दोनों बंदरगाहों को एक पैकेट भेजता है, जहां XX अपने डिवाइस की संख्या है
2. पैकेट रिंग के चारों ओर एक सर्कल में जाता है और प्रेषक द्वारा गिरा दिया जाता है

रिंग टूटना की परिभाषा पिछले संस्करण की तरह ही है।

यदि आपको पॉइंट-टू-पॉइंट संचार की आवश्यकता है, तो आप पोर्ट 3 पर स्थानीय मैक के बराबर डेस्ट.एक के साथ स्टेटिक पैकेट के प्रारंभिक कॉन्फ़िगरेशन को जोड़कर इसे लागू कर सकते हैं। आप पोर्ट 1 और 2 के लिए अज्ञात पतों के साथ पैकेट अग्रेषण को भी कॉन्फ़िगर कर सकते हैं।

पेशेवरों:

• केवल दो स्थिर स्विच मार्गों का उपयोग करता है और एक ही समय में उपकरणों की संख्या 7 वें तक सीमित नहीं है।
• आप बिंदु-से-बिंदु संबंध व्यवस्थित कर सकते हैं।
• रिंग में, नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन को बदलने के बाद मार्ग स्वचालित रूप से बदल जाते हैं।
• प्रबंधन इंटरफ़ेस (I2C) के माध्यम से स्विच के साथ कोई निरंतर विनिमय नहीं है। यह महत्वपूर्ण हो गया, क्योंकि एक ही इंटरफ़ेस पर तीन और डिवाइस "हैंग" होते हैं। बिजली चालू करने के बाद केवल एक बार स्विच को कॉन्फ़िगर किया गया है।

विपक्ष:

• डुप्लिकेट पैकेज। उन्हें फ़िल्टर करने के लिए, हमें बस एक रूट टेबल की आवश्यकता होती है जिसके द्वारा हम पैकेट को फ़िल्टर कर सकते हैं जो कि "गलत पोर्ट से" सीधे ईथरनेट इंटरप्ट में आता है और उन्हें बिना पास किए।

रिंग का ट्यूनिंग समय बिल्कुल मापा नहीं गया था। मार्ग की वैधता के बहुत अधिक मूल्यवान मूल्यों और MRRCP पैकेट भेजने की अवधि के साथ, रिंग को 1-2 सेकंड में पुन: प्राप्त किया जाता है। हमारे मामले में, यह पर्याप्त था।

परिणाम निम्नानुसार संक्षेपित किया जा सकता है - विभिन्न बाइक पर सवार होने के बाद, हम MRRCP के रूप में सुधार के साथ विकल्प नंबर 2 (स्विच के डेवलपर्स से) पर लौट आए।

रचनात्मक आलोचना को दृढ़ता से प्रोत्साहित किया जाता है।

मुझे उम्मीद है कि यह लेख कुछ लोगों के लिए उपयोगी होगा और कुछ रेक से बचा जाएगा। सौभाग्य है

UPD2 : एमआरआरसीपी पैकेटों के लिए उपकरणों के लिए मैक पते बेतरतीब ढंग से चुने गए थे। जैसा कि dukelion ने उल्लेख किया है, यदि सब कुछ मानकों द्वारा किया जाता है, तो मैक पते में समूहों और कार्यात्मक मैक पते को परिभाषित करने के लिए विशेष बिट्स होते हैं। आईईईई ट्यूटोरियल के लिए लिंक ।
UPD : आमंत्रण के लिए धन्यवाद, लेख को "माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्रामिंग" हब में स्थानांतरित कर दिया गया

ps मैं सोर्स कोड नहीं दे सकता। मुझे उम्मीद है कि आप समझ गए होंगे कि क्यों।
pps मैं माफी माँगता हूँ अगर स्थानों में स्पष्टीकरण बहुत लंबा लग रहा था और शर्तों का सही उपयोग नहीं किया गया है - मैंने सबसे सुलभ भाषा में समझाने की कोशिश की, ताकि यह अधिक समझने योग्य हो।
ppps यह जानना बहुत दिलचस्प है कि आप पूर्वगामी को ध्यान में रखते हुए इस तरह की समस्या को कैसे हल करेंगे? आपका धन्यवाद