一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交叉传输的方法.pdf

本发明提出一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交叉传输的方法，包括以下步骤：1)上电过程中，自动加载独立配置信息FLASH的内容，依照配置表的内容进行消息索引；2)节点接收消息模块在接收到消息的ID号后，通过查询接收配置表得到该消息是否需要转发；3)如果是需要转发的消息，则等到接收消息完成后，CRC校验正确，节点接收模块通知自主转发有消息等待转发，同时将此消息放入片外对应的DPRAM1。本发明一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交叉传输的电路，为多余度计算机容错管理提供硬件支持，满足系统高带宽、可重构、可自主的使用要求。

权利要求书1.  一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交叉传输的方法，其 特征在于：所述方法包括以下步骤： 1)上电过程中，自动加载独立配置信息FLASH的内容，依照配置表的内容 进行消息索引； 2)节点接收消息模块在接收到消息的ID号后，通过查询接收配置表得到 该消息是否需要转发； 3)如果是需要转发的消息，则等到接收消息完成后，CRC校验正确，节点 接收模块通知自主转发有消息等待转发，同时将此消息放入片外对应的DPRAM1； 4)自主转发控制模块轮训调度三个节点的自主转发通知，当轮训到某个节 点有需要转发的消息时，读取该节点的缓冲区，得到需要转发的异步流包，并 添加两个包头字0x5A5A5A5A、0xA5A5A5A5和两个包尾字0xA5A5A5A5、 0x5A5A5A5A； 5)通过总线节点模块和CCDL节点模块之间的自主转发FIFO接口，把该数 据包填入CCDL节点模块的转发FIFO中，等待CCDL节点模块发送； 6)CCDL节点模块查询到转发FIFO非空，则从该FIFO中取出数据通过1394 总线发送到其他余度VMC上，本计算机得到其他VMC通过CCDL转发来的消息， 并将该数据放到片外DPRAM2中； 7)余度通道通过比较DPRAM1和DPRAM2的数据，决定多余度系统信号处理 的正确与否，若结果正常则进行下一步处理；否则发现故障，则多个计算机通 过互比监控和表决进行故障诊断和故障定位，确定故障计算机，并将它切除。 2.  根据权利要求1所述的基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交 叉传输的方法，其特征在于：所述步骤2)CRC校验出错时，直接丢弃该消息后 继续。 3.  根据权利要求2所述的基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交 叉传输的方法，其特征在于：所述步骤1)之后如果不是转发消息，则等到接收 消息完成后，放入片外DPRAM1，不转发。 4.  一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交叉传输的系统，其 特征在于：所述系统基于1394总线实现交叉传输，包括FPGA、与FPGA连接的 链路层芯片和物理层芯片；FPGA实现初始化、各芯片的时序控制及自主转发调 度；CC总线通过驻留在FPGA的转发接口直接将信息传送给CCDL总线；链路层 芯片实现传输层协议，物理层芯片实现电气特性的连接。 5.  根据权利要求4所述的基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交 叉传输的系统，其特征在于：所述CCDL采用点对点形式。 6.  根据权利要求5所述的基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交 叉传输的系统，其特征在于：所述链路层芯片是TSB12LV32-EP。 7.  根据权利要求6所述的基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交 叉传输的系统，其特征在于：所述物理层芯片是TSB41BA3B-EP。 8.  根据权利要求7所述的基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交 叉传输的系统，其特征在于：所述1394总线采用IEEE-1394B规范。

说明书一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交叉传输的方法
技术领域
本发明属于飞行器管理系统设计领域，尤其涉及一种基于1394总线自主转 发实现多余度通道数据交叉传输的方法。
背景技术
目前国外新一代飞机的设计中，采用基于网络结构综合化飞行器管理计算 机系统，综合管理包括飞行控制、发动机控制、机电公共设备管理等飞机平台 的功能。典型的飞行器管理计算机系统逻辑结构如图1所示。
对于容错系统来说，通常设计中当其中一个余度通道失效后，其表现形式 为故障静默，整个余度通道都不再参与信号拾取和余度管理的功能，但在新一 代高可用系统中，如何最大化保留无故障功能电路的继续使用，使系统重构能 力进一步细分和提升，是解决新一代飞行器管理计算机系统的难点和瓶颈。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出一种基于1394总线自 主转发实现多余度通道数据交叉传输的电路，为多余度计算机容错管理提供硬 件支持，满足系统高带宽、可重构、可自主的使用要求。
本发明的技术解决方案：一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据 交叉传输的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)上电过程中，自动加载独立配置信息FLASH的内容，依照配置表的内容 进行消息索引；
2)节点接收消息模块在接收到消息的ID号后，通过查询接收配置表得到 该消息是否需要转发；
3)如果是需要转发的消息，则等到接收消息完成后，CRC校验正确，节点 接收模块通知自主转发有消息等待转发，同时将此消息放入片外对应的DPRAM1；
4)自主转发控制模块轮训调度三个节点的自主转发通知，当轮训到某个节 点有需要转发的消息时，读取该节点的缓冲区，得到需要转发的异步流包，并 添加两个包头字0x5A5A5A5A、0xA5A5A5A5和两个包尾字0xA5A5A5A5、 0x5A5A5A5A；
5)通过总线节点模块和CCDL节点模块之间的自主转发FIFO接口，把该数 据包填入CCDL节点模块的转发FIFO中，等待CCDL节点模块发送；
6)CCDL节点模块查询到转发FIFO非空，则从该FIFO中取出数据通过1394 总线发送到其他余度VMC上，本计算机得到其他VMC通过CCDL转发来的消息， 并将该数据放到片外DPRAM2中；
7)余度通道通过比较DPRAM1和DPRAM2的数据，决定多余度系统信号处理 的正确与否，若结果正常则进行下一步处理；否则发现故障，则多个计算机通 过互比监控和表决进行故障诊断和故障定位，确定故障计算机，并将它切除。
上述步骤2)CRC校验出错时，直接丢弃该消息后继续。
上述步骤1)之后如果不是转发消息，则等到接收消息完成后，放入片外 DPRAM1，不转发。
一种基于1394总线自主转发实现多余度通道数据交叉传输的系统，其特征 在于：所述系统基于1394总线实现交叉传输，包括FPGA、与FPGA连接的链路 层芯片和物理层芯片；FPGA实现初始化、各芯片的时序控制及自主转发调度； CC总线通过驻留在FPGA的转发接口直接将信息传送给CCDL总线；链路层芯片 实现传输层协议，物理层芯片实现电气特性的连接。
上述CCDL采用点对点形式。
上述链路层芯片是TSB12LV32-EP。
上述物理层芯片是TSB41BA3B-EP。
上述1394总线采用IEEE-1394B规范。
本发明具有的优点效果：
基于1394总线实现交叉传输技术,使用1394总线规范实现余度计算机交叉 传输，其高速、串行的传输速率和方式在新一代飞管系统中有更好的发展潜能。 多余度系统交叉传输点对点的连接方式以及交叉传输自主转发的技术，不仅仅 依靠余度通道中主处理器进行交叉通道数据的拾取和分发，也可由自主转发功 能单元自主完成；依据独立的配置存储器信息，识别用户要求的自主转发信息 标号，实现接收数据不同传输路径的投送。
CCDL的自主转发带来两个明显的优势，一是减轻了主处理器负荷，二是实 现了子功能级的系统重构，在即使主处理器模块出现故障的时候，自主转发功 能电路也不丧失获取资源和共享资源的能力，这种自主转发CCDL的设计方法， 也可以被其他具有多余度的高可用嵌入式控制系统所采用。
附图说明
图1是本发明现有技术飞行器管理计算机逻辑结构图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明1394串行总线实现原理图；
图4是本发明多余度系统CCDL交联拓扑结构图；
图5是本发明自主CCDL转发示意图；
具体实施方式
飞行器管理计算机处于网络结构的主控节点，它通过系统总线(CC)与其 他网络节点实现命令和信息交互，通过CCDL总线实现与其他VMC的信息交互。 当CC总线获取数据信息后，需要识别获取的数据是否为自主转发信息，需要转 发时，CC总线会通过驻留在FPGA的转发接口直接将信息传送给CCDL总线，而 不需要主处理进行转发，CCDL总线通过轮询调度，将来自主处理器模块的发送 消息和CC转发的消息分时发送给其他的VMC。
自主转发的交联模型如图2所示。其中余度通道的个数和总线的网络协议 可依据系统需求配置和选取。
此设计架构中，CC总线通过上电初始化加载配置表可知那些消息需要进行 自主转发，而不依赖于主处理器工作状态，即使主处理器模块损坏，CC总线仍 然能够拾取数据，不会丧失共享资源的能力。
1、基于1394协议总线的实施
CCDL总线采用1394协议实现，速率S400，传输距离远，此串行总线为高 速传输的应用提供了很大的潜能，能够满足新一代飞机管理计算机系统日益增 加的带宽要求。
此部分主要由FPGA、链路层芯片TSB12LV32-EP和物理层芯片TSB41BA3B-EP 实现，FPGA主要实现初始化、各芯片的时序控制及自主转发调度，链路层芯片 实现传输层协议，而物理层芯片实现电气特性的连接，其实现功能框图如图3 所示。
2、基于1394串行总线多余度交叉传输拓扑结构
CCDL实现各个VMC之间的数据交叉传输，为了消除通道间的影响，防止故 障蔓延，CCDL设计采用点对点的方式,这里以四余度拓扑结构予以说明，如图3 所示。
每台VMC的CCDL采用4条1394总线，包含1条发送总线，3条接收总线， 每条总线支持速率400Mbps，CCDL发送节点强制配置为根节点，其协议符合 IEEE-1394B规范，采用异步流包进行数据传输，支持硬件CRC校验。
3、自主转发实施
自主转发通过FIFO实现消息的异步传输，其存储体由CCDL-FPGA内部资源 提供，未外挂独立FIFO，CC-FPGA实现CC总线的接收以及自主转发FIFO的填 充，CCDL-FPGA通过轮询方式实现已填充FIFO的读取，及时将自主转发的消息 通过CCDL总线发送给其他余度的飞机管理计算机VMC。其结构如图4所示。
自主CCDL转发消息的具体处理流程如下：
步骤1：上电过程中，自动加载独立配置信息FLASH的内容，依照配置表的 内容进行消息索引；
步骤2：节点接收消息模块在接收到消息的ID号后，通过查询接收配置表 得到该消息是否需要转发；
步骤2.1：如果是需要转发的消息，则等到接收消息完成后，CRC校验正 确(CRC校验出错时，直接丢弃该消息)，节点接收模块通知自主转发有消息等 待转发，同时将此消息放入片外对应的DPRAM1；
步骤2.2：如果不是转发消息，则等到接收消息完成后，放入片外DPRAM1， 不转发；
步骤3：自主转发控制模块轮训调度三个节点的自主转发通知，当轮训到某 个节点有需要转发的消息时，读取该节点的缓冲区，得到需要转发的异步流包， 并添加两个包头字0x5A5A5A5A、0xA5A5A5A5和两个包尾字0xA5A5A5A5、 0x5A5A5A5A；
步骤4：通过总线节点模块和CCDL节点模块之间的自主转发FIFO接口，把 该数据包填入CCDL节点模块的转发FIFO中，等待CCDL节点模块发送；
步骤5：CCDL节点模块查询到转发FIFO非空，则从该FIFO中取出数据通 过1394总线发送到其他余度VMC上，本计算机亦会得到其他VMC通过CCDL转 发来的消息，并将该数据放到片外DPRAM2中；
步骤6：余度通道通过比较DPRAM1和DPRAM2的数据，决定多余度系统信号 处理的正确与否，若结果正常则进行下一步处理，否则发现故障，则多个计算 机通过互比监控和表决进行故障诊断和故障定位，确定故障计算机，并将它切 除。
4、可配置的自主转发信息
本发明中自主转发信息由专用的配置信息存储器FLASH予以规定，此配置 存储器可约定用户需转发的消息标号。
FPGA逻辑根据机型编号及LRU ID号来选择相应配置表的位置开始搬运配置 表头信息，在初始化时，总线控制器节点(CC)必须对配置信息存储器存储的 信息进行校验，并将检查结果通告CC节点主机应用程序，该过程不依赖主机应 用的干预，且配置表的加载由硬件在上电过程中自动加载完成。
该配置表读取后，接收消息配置区负责节点所有应该接收消息的接收调度 配置，按照节点收到消息的顺序进行索引并依照接收消息控制字结构中约定位 判别是否为自主转发消息，参见表1。
表1 32位接收消息控制字结构

专用信息配置存储器FLASH只能在特定的地面环境下(GSE信号为‘0’)才 能更新，此目的防止在机载环境下任意更改，同时配置表可依照系统应用的不 同需求而进行消息约定，配置表的独立使用为用户后续升级和CCDL转发配置的 灵活性提供了方便，杜绝了软件大范围的升级更改，简化了配置项管理。