基于網(wǎng)絡(luò )編碼的多信源組播通信系統,包括源代碼,原理圖等 (三)
③decode_control_sm
該模塊的功能是按照輪詢(xún)策略,控制decoder解碼儲存在DRAM中的數據包。通過(guò)查詢(xún)CAM中的數據包的存儲地址,將查詢(xún)到的地址輸出給DRAM讀寫(xiě)控制模塊,從而找到解碼所需要的數據,同時(shí)將要查詢(xún)的數據包的信源號和代的編號發(fā)送給解碼模塊。若不能查找到解碼因子,則將信號Pkt_not_find置為有效電平,通知decoder無(wú)法解碼,同時(shí)將狀態(tài)轉到解碼下一個(gè)數據包的狀態(tài)上。在開(kāi)始查找CAM時(shí),要等待儲存一定數量的數據包,在我們的系統里面,暫定為32。
狀態(tài)機處理控制流程如圖3.4-13:
圖3.4-13:decode_control_sm狀態(tài)機及數據處理流程
6、decoder
decoder是整個(gè)解碼路由器的核心之一,它的主要功能是接收來(lái)自DRAM的編碼后的IP數據包,在decode_control_panel模塊的控制下對數據包進(jìn)行解碼,它包括多個(gè)小模塊,其整體圖和內部結構圖如3.4-14和3.4-15所示:

圖3.4-14 decoder整體結構圖

圖3.4-15:decoder內部結構圖
?、?header_parser
分析接收到的數據包,如果已經(jīng)被編碼,根據包頭提取信源號、代號、長(cháng)度和系數給運算控制模塊,如果沒(méi)有被編碼,則查詢(xún)解碼標志寄存器,如果已經(jīng)解碼并儲存在二級緩存中,則該數據包只是一個(gè)解碼因子,把數據發(fā)送到fwd_sel,若沒(méi)有解碼,則同時(shí)發(fā)送到capsulation和forward sel。如果數據是編碼后的數據包,則將數據包去掉包頭后將數據發(fā)送給forward sel模塊。當發(fā)送到最后的64位數據時(shí),eop信號有效,指明是數據包的最后有效字節。
下圖所示為輸入輸出接口圖3.4-16:

圖3.4-16:header_parser模塊圖
其輸入輸出端口列表如下:
信號名稱(chēng) | 位寬bits | I/O | 描述 |
in_rdy | 1 | O | 數據輸出輸入允許信號 |
out_data | 64 | I | 輸入的數據包的data_bus |
out_ctrl | 8 | I | 輸入數據包的ctrl_bus |
data_vld | 1 | I | 輸入數據有效 |
rd_dcod_reg_req_0 | 1 | O | 讀取解碼標志位請求 |
rd_dcod_src_gen_0 | 12 | O | 要讀取的數據包的信源號和代編號 |
req_ack_vld_0 | 1 | I | 輸入有效 |
alredy_decod_0 | 1 | I | 解碼標志(“1”代表已經(jīng)解碼,“0”代表未解碼) |
Uncod_data | 64 | O | 未編碼數據包的數據總線(xiàn) |
Uncod_ctrl | 8 | O | 未編碼數據包的控制總線(xiàn) |
Wr_vld | 1 | O | 寫(xiě)capsulation數據有效 |
Out_rdy | 1 | I | 輸出capsulation允許信號 |
fwd_rdy | 1 | I | 輸出fwd_sel允許信號 |
out_vld | 1 | O | 輸出fwd_sel有效 |
pay_load | 64 | O | 輸出fwd_sel數據(不含包頭) |
eop | 4 | O | 最后指示一個(gè)有效字節的指示 |
uncod | 1 | O | 指明輸出的數據包是否編碼 |
src_gen_num | 12 | O | Decoder接收到的數據包的信源號和代的編號 |
len_0 | 16 | O | 被編碼的第一個(gè)數據包的有效載荷的長(cháng)度 |
len_1 | 16 | O | 被編碼的第二個(gè)數據包的有效載荷的長(cháng)度 |
coef_0 | 8 | O | 被編碼的第一個(gè)數據包的編碼系數 |
coef_1 | 8 | O | 被編碼的第二個(gè)數據包的編碼系數 |
hp_info_vld | 1 | O | 輸出信息有效 |
encod_pkt_trans_fi | 1 | O | 編碼數據包傳輸完畢標志 |
oc_info_vld | 1 | I | 解碼控制輸入信息有效 |
uncod_pkt_need | 1 | I | 未編碼的數據包是/否解碼因子(1=是,0=否) |
圖3.4-17所示為狀態(tài)機處理流程:
圖3.4-17:header_parser狀態(tài)機處理流程
② forwd_sel
該模塊功能主要是轉發(fā)數據包:接收來(lái)自header_parser的數據包,若uncod=0,則表明數據包是編碼后數據包,將已經(jīng)編碼后的數據包的載荷轉換為72bits后,將數據發(fā)送到RAM讀寫(xiě)控制器,否則發(fā)送到decod_operation。當有反饋輸入請求時(shí),若輸出到decod_operation 的數據線(xiàn)空閑時(shí),將反饋數據發(fā)送到decod_operation。
本模塊的端口列表如下:
信號名稱(chēng) | 位寬bits | I/O | 信號描述 |
fwd_rdy | 1 | O | 輸入fwd_sel允許信號 |
out_vld | 1 | I | 輸入fwd_sel有效 |
pay_load | 64 | I | 輸入fwd_sel數據總線(xiàn)(不含包頭) |
eop | 4 | I | 最后指示一個(gè)有效字節的指示 |
uncod | 1 | I | 指明輸出的數據包是否編碼 |
wr_req | 1 | O | 寫(xiě)RAM請求 |
encod_data | 72 | O | 寫(xiě)RAM的數據總線(xiàn) |
ram_data_vld | 1 | O | 數據有效 |
encod_data_eop | 4 | O | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
wr_ack | 1 | I | 寫(xiě)RAM響應 |
uncod_data_vld | 1 | O | 輸出至dcod_operation的數據有效 |
uncod_data_factor | 64 | O | 輸出至dcod_operation的數據總線(xiàn) |
uncod_data_eop | 4 | O | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
dcod_rdy | 1 | I | 輸出至dcod_operation允許信號 |
fd_back_ack | 1 | O | 接受反饋?lái)憫?/p> |
fd_back_vld | 1 | I | 反饋數據有效標志 |
fd_back_req | 1 | I | 反饋請求 |
fd_back_data | 64 | I | 反饋數據總線(xiàn) |
fd_back_data_eop | 4 | I | 反饋數據結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
③ RAM讀寫(xiě)控制器
在寫(xiě)數據時(shí),先從運算控制模塊中得出要儲存的RAM號,接著(zhù)RAM讀寫(xiě)控制器將從收到forward sel 模塊收到的數據存到片內RAM里面去。在讀數據時(shí),根據dcod_operation模塊提供的ram號,從相應的ram中讀取數據,由于使用的是雙端口ram,因此讀寫(xiě)可以同時(shí)進(jìn)行。模塊信號列表如下:
信號名稱(chēng) | 位寬bits | I/O | 信號描述 |
wr_req | 1 | I | 寫(xiě)RAM請求 |
encod_data | 72 | I | 寫(xiě)RAM的數據總線(xiàn) |
ram_data_vld | 1 | I | 數據有效 |
encod_data_eop | 4 | I | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
wr_ack | 1 | O | 寫(xiě)RAM響應 |
wr_ram_num | 2 | I | 要寫(xiě)入的RAM號 |
info_vld | 1 | I | 數據有效標志 |
req_ram_num | 1 | O | 讀RAM號請求 |
rd_ram_num | 2 | I | 需要讀取數據的RAM號 |
rd_req | 1 | I | 讀RAM請求 |
ram_data_eop | 4 | O | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
ram_data | 72 | O | 讀RAM的數據總線(xiàn) |
ram_vld | 1 | O | 讀RAM數據有效 |
RAM讀寫(xiě)時(shí)序圖如圖3.4-18:
圖3.4-18:RAM讀寫(xiě)時(shí)序
每個(gè)RAM由雙端口block RAM組成,位寬為72位,深度為180,因此讀寫(xiě)的地址位寬均為8位。由于RAM的讀寫(xiě)控制時(shí)序是固定的,所以在此不再贅述。
④ operation_control
運算控制(operation_control)是decoder模塊的控制核心,它和decode_control_panel配合,完成對編碼數據包的解碼。
輸入輸出信號列表:
信號名稱(chēng) | 位寬bits | I/O | 信號描述 |
Pkt_vld | 1 | I | 要解碼的數據包輸出有效標志 |
Pkt_decoding | 12 | I | 正在解碼的數據包的信源號、代編號 |
Decod_com | 1 | O | 數據包解碼完成標志 |
has_other_factor | 1 | I | 有另外一個(gè)解碼因子 |
Pkt_not_find | 1 | I | 所需要解碼數據包未找到 |
pkt_need_src_gen | 12 | O | 解碼需要的數據包 |
need_pkt_vld | 1 | O | 所需數據包有效 |
src_gen_num | 12 | I | Decoder接收到的數據包的信源號和代的編號 |
len_0 | 16 | I | 被編碼的第一個(gè)數據包的有效載荷的長(cháng)度 |
len_1 | 16 | I | 被編碼的第二個(gè)數據包的有效載荷的長(cháng)度 |
coef_0 | 8 | I | 被編碼的第一個(gè)數據包的編碼系數 |
coef_1 | 8 | I | 被編碼的第二個(gè)數據包的編碼系數 |
hp_info_vld | 1 | I | 輸入信息有效 |
encod_pkt_trans_fi | 1 | I | 編碼數據包傳輸完畢標志 |
oc_info_vld | 1 | O | 解碼控制輸出信息有效 |
uncod_pkt_need | 1 | O | 未編碼的數據包是/否解碼因子(1=是,0=否) |
wr_ram_num | 2 | O | 要寫(xiě)入的RAM號 |
info_vld | 1 | O | 數據有效標志 |
req_ram_num | 1 | I | 讀RAM號請求 |
rd_info_req | 1 | I | 讀取解碼信息請求 |
dcod_info_vld | 1 | O | 解碼信息有效 |
ram_num | 2 | O | 解碼數據包的所存儲的RAM號 |
coef_mut | 8 | O | 乘法系數 |
coef_div | 8 | O | 除法系數 |
cap_info_req | 1 | I | 封裝信息請求 |
dcod_comp | 1 | I | 解碼封裝完成 |
cap_info_vld | 1 | O | 封裝信息有效 |
need_feed_back | 1 | O | 需要反饋 |
pkt_len | 16 | O | 數據包長(cháng)度 |
src_num | 4 | O | 數據包的信源號 |
gen_num | 8 | O | 數據報的代編號 |
Operation_control模塊的主要功能是:接收header_parser發(fā)送過(guò)來(lái)的數據,通過(guò)計算和比較后與decode control panel通信,告訴decode control panel解碼所需要的數據包和解碼完成標志;給RAM讀寫(xiě)給出RAM號(即存儲在哪個(gè)RAM中);給decode operation模塊提供解碼所需要的系數和RAM號;給capsulation模塊提供源IP和是否需要反饋數據的命令,其控制狀態(tài)如圖3.4-19下:
圖3.4-19:Operation_control狀態(tài)機處理流程
⑤ decode operation
decode operation是解碼運算模塊,它將來(lái)自fwd_sel模塊的未編碼的數據和來(lái)自RAM的編碼數據完成減法和除法運算,還原被編碼的數據。解碼后將數據總線(xiàn)的位寬恢復為64bits。解碼運算模塊的端口列表如下:
信號名稱(chēng) | 位寬bits | I/O | 信號描述 |
dcod_payload | 64 | O | 解碼后的數據包的有效載荷 |
end_payload | 4 | O | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
payload_vld | 1 | O | 輸出數據有效 |
wr_rdy | 1 | I | 輸出數據允許信號 |
uncod_data_vld | 1 | I | 輸入至dcod_operation的數據有效 |
uncod_data_factor | 64 | I | 輸入至dcod_operation的數據總線(xiàn) |
uncod_data_eop | 4 | I | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
dcod_rdy | 1 | O | 輸入至dcod_operation允許信號 |
rd_ram_num | 2 | O | 需要讀取數據的RAM號 |
rd_req | 1 | O | 讀RAM請求 |
ram_data_eop | 4 | I | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
ram_data | 72 | I | 讀RAM的數據總線(xiàn) |
ram_vld | 1 | I | 讀RAM數據有效 |
rd_info_req | 1 | O | 讀取解碼信息請求 |
dcod_info_vld | 1 | I | 解碼信息有效 |
ram_num | 2 | I | 解碼數據包的所存儲的RAM號 |
coef_mut | 8 | I | 乘法系數 |
coef_div | 8 | I | 除法系數 |
為了快速完成解碼運算,我們在此采取并行除法的方法使之能快速解碼,解碼運算的算法圖如圖3.4-20:
圖3.4-20 decoder_operation內部的并行除法
⑥ capsulation
Capsulation是解碼運算的最后一個(gè)模塊,其主要功能是封裝解碼后的數據包。其主要任務(wù)是:(1)接收來(lái)自decode operation和header_parser的數據;(2)將來(lái)自header_parser的未編碼的數據包去掉NCP包頭;(3)計算新的包頭校驗和,更新TTL;(4)置位解碼標志寄存器;(5)將來(lái)自decode operation模塊的數據,先向運算控制模塊詢(xún)問(wèn)是否要反饋,若需要,則將數據反饋至forward_sel模塊;(6)恢復IP數據包頭;(7)將IP包頭和有效載荷封裝好,并恢復ctrl_bus和module header,將其一起同步發(fā)送出去。
端口信號列表如下:
信號名稱(chēng) | 位寬bits | I/O | 信號描述 |
decoder_in_rdy | 1 | I | 輸出至SRAM允許信號 |
decoder_in_wr | 1 | O | 輸出有效 |
decoder_in_data | 64 | O | 輸出至SRAM數據總線(xiàn) |
decoder_in_ctrl | 8 | O | 輸出至SRAM控制總線(xiàn) |
set_req | 1 | O | 置位請求 |
set_src_gen | 12 | O | 需要置位的數據包(表示已經(jīng)解碼完畢) |
set_info_vld | 1 | O | 置位信息有效 |
set_ack | 1 | I | 置位請求響應 |
cap_info_req | 1 | O | 封裝信息請求 |
dcod_comp | 1 | O | 解碼封裝完成 |
cap_info_vld | 1 | I | 封裝信息有效 |
need_feed_back | 1 | I | 需要反饋 |
pkt_len | 16 | I | 數據包長(cháng)度 |
src_num | 4 | I | 數據包的信源號 |
gen_num | 8 | I | 數據報的代編號 |
dcod_payload | 64 | I | 解碼后的數據包的有效載荷 |
end_payload | 4 | I | 數據包結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
payload_vld | 1 | I | 輸入數據有效 |
wr_rdy | 1 | O | 輸入數據允許信號 |
fd_back_ack | 1 | I | 接受反饋?lái)憫?/p> |
fd_back_vld | 1 | O | 反饋數據有效標志 |
fd_back_req | 1 | O | 反饋請求 |
fd_back_data | 64 | O | 反饋數據總線(xiàn) |
fd_back_data_eop | 4 | O | 反饋數據結束標志,指明最后一個(gè)有效字節 |
Uncod_data | 64 | I | 未編碼數據包的數據總線(xiàn) |
Uncod_ctrl | 8 | I | 未編碼數據包的控制總線(xiàn) |
Wr_vld | 1 | I | 寫(xiě)capsulation數據有效 |
Out_rdy | 1 | O | 輸入數據包允許信號 |
封裝過(guò)程中的狀態(tài)轉換圖如圖3.4-21:
圖3.4-21capsulation封裝包頭流程圖
7、SRAM讀寫(xiě)控制器
SRAM讀寫(xiě)控制的作用是:①將capsulation模塊來(lái)的數據寫(xiě)入SRAM中,寫(xiě)入時(shí)按照代的大小和信源號寫(xiě)入block中。SRAM按照地址分為3個(gè)區域,每個(gè)區域存儲對應由一個(gè)信源。每個(gè)區域分為256個(gè)block,每個(gè)block深度是400,寬度為36bits,可以存儲1800字節的數據(即至少可容納一個(gè)正常大小的IP數據包)。②讀取數據時(shí)按照block逐個(gè)讀取,讀取后的數據直接發(fā)送至output_arbiter。在每發(fā)送完一個(gè)數據包后,對解碼標志寄存器復位。
SRAM讀寫(xiě)控制器的端口列表如下:
信號名稱(chēng) | 位寬bits | I/O | 信號描述 |
decoder_in_rdy | 1 | O | 寫(xiě)SRAM控制器允許信號 |
decoder_in_wr | 1 | I | 輸入有效 |
decoder_in_data | 64 | I | 輸入至SRAM控制器數據總線(xiàn) |
decoder_in_ctrl | 8 | I | 輸入至SRAM控制器控制總線(xiàn) |
reset_req | 1 | O | 復位請求 |
reset_src_gen | 12 | O | 需要復位的數據包(表示解碼后已發(fā)送完畢) |
reset_info_vld | 1 | O | 復位信息有效 |
reset_ack | 1 | I | 復位請求響應 |
dcod_data_0 | 64 | O | 輸出的IP數據包的數據總線(xiàn) |
dcod_ctrl_0 | 8 | O | 輸出的IP數據包的控制總線(xiàn) |
wr_vld_0 | 1 | O | 輸出有效 |
wr_rdy_0 | 1 | I | 發(fā)送數據允許標志 |
sram_addr | 19 | O | Sram讀/寫(xiě)地址 |
sram_we | 1 | O | Sram寫(xiě)使能 |
sram_bw | 4 | O | SRAM寫(xiě)入控制信號 |
sram_wr_data | 36 | O | SRAM寫(xiě)數據總線(xiàn) |
sram_rd_data | 36 | I | SRAM讀數據總線(xiàn) |
sram_tri_en | 1 | O | SRAM寫(xiě)三態(tài)控制 |
SRAM的讀寫(xiě)時(shí)序如圖3.4-22:
圖3.4-22 SRAM讀寫(xiě)時(shí)序
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