[發明專利]一種基于FPGA的千兆TTE端系統控制器

有效

• 申請號: 201611105529.5
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106773928B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 羅澤雄
• 申請（專利權）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 楊慧

本發明公開了一種基于FPGA的千兆TTE端系統控制器，包含主處理器、FPGA電路、電源電路和千兆PHY電路，主處理器將TT數據、RC數據、BE數據輸入FPGA電路；FPGA電路按照優先級對TT、RC、BE進行協議處理，在同步時鐘計時到TT時間片的起始時刻點時讀取TT幀調度發送；在同步時鐘計時到RT時間片時讀取RC幀、BE幀調度發送；所述千兆PHY電路用于實現了物理層功能。本發明實現了具有故障容忍的網絡時鐘同步基礎上建立的時間觸發傳輸機制，可在一定程度上提高數據通信的時間確定性、實時性、可靠性和安全性，同時支持事件類型消息傳輸，滿足不同實時性要求等級的應用場合。

技術領域

本發明屬于航空電子系統中的機載總線通信技術領域，特別涉及時間觸發通信架構下以太網的高實時性和高確定性通信的設計方法。

背景技術

現有主流的航空機載總線網絡，由于采用基于事件觸發通信機制，網絡的端系統隨時接入通信，有消息即可發送，不可避免的造成傳輸競爭，給端到端數據流傳輸帶來不可控的延時和抖動，無法滿足新型的航空電子系統對不同時間關鍵性和安全性相關的分布式通信應用的需求。時間觸發以太網(TTE)屬于時間觸發架構下的新一代航空機載總線，在引入了時鐘同步機制的基礎上建立了全局的網絡同步時鐘，通過確定性的時間觸發通信機制保證無競爭的TT幀通信，極大提高了網絡通信的時間確定性和實時性；同時支持事件觸發通信幀的傳輸，滿足不同時間關鍵性等級的應用任務集成。

TTE端系統控制器作為TTE網絡中不可或缺的組成部分，嵌入到每個航電通信子系統中，為各通信子系統與TTE交換機之間的連接提供統一接口，實現了網絡設備間的不同時間關鍵性的數據傳輸應用。

當前主流的一種基于以太網的航空機載總線AFDX，正廣泛應用于各機型的航電系統中，在引入了虛鏈路傳輸和BAG定時調度機制的基礎，一定程度上提高網絡的確定性，但該網絡依然存在著不可預知的傳輸沖突和競爭，同時其100Mbps的傳輸帶寬無法滿足新型航電系統對機載總線帶寬擴展需求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的發明目的在于提供一種基于FPGA的千兆TTE端系統控制器，利用基于具有故障容忍的網絡時鐘同步基礎上建立的時間觸發傳輸機制，能夠實現TT數據流在網絡中無競爭的傳輸，可以大大提高數據通信的確定性和實時性；同時其強大的故障檢測和故障容忍隔離，大大提高了網絡通信的可靠性和安全性，使得該機載總線可以更好的勝任實時性要求和安全性要求苛刻的應用場合。

本發明的發明目的通過以下技術方案實現：

一種基于FPGA的千兆TTE端系統控制器，包含主處理器、FPGA電路、電源電路和千兆PHY電路，其特征在于所述FPGA電路包含TT幀調度信息緩沖區、RC幀調度信息緩沖區、BE幀調度信息緩沖區、MAC層調度TT幀緩沖區、MAC層調度RC幀緩沖區、MAC層調度BE幀緩沖區、協議處理軟件和通信調度軟件；

所述主處理器將TT消息輸入到TT幀調度信息緩沖區，將RC消息輸入到RC幀調度信息緩沖區，將BE消息輸入到BE幀調度信息緩沖區；

所述協議棧軟件在進入發送調度進程時，優先查詢TT幀調度信息緩沖區，根據調度信息緩沖區獲取的VLID參數信息索引到對應的TT幀虛擬鏈路緩沖區，讀取該TT消息進行UDP和IP協議棧處理后拷貝傳送到MAC層調度TT幀緩沖區；如果TT幀調度信息緩沖區為空，則查詢RC幀調度信息緩沖區，如果非空則根據RC幀調度信息緩沖區獲取的VLID參數信息索引到對應的RC幀虛擬鏈路緩沖區，讀取該RC消息進行UDP和IP協議棧處理后拷貝傳送到MAC層調度RC幀緩沖區；如果TT幀調度信息緩沖區和RC幀調度信息緩沖區均為空，則查詢BE幀調度信息緩沖區，如果BE幀調度信息緩沖區非空，則對BE消息進行UDP和IP協議棧處理后拷貝傳送到MAC層調度BE幀緩沖區；