本发明专利技术公开了一种通过捕获协议控制帧测试时间触发以太网的时钟同步修正值的装置，该装置包含有收发模块(1、6)、帧类型识别模块(2、7)、透明时钟字段处理模块(3、8)、循环冗余校验码计算模块(4、9)、数据复接模块(5、10)、时钟同步修正值模块(11)、计算数据存储模块(12)、数据承载帧内容添加模块(13)和/或故障注入模块(14)。本发明专利技术PCF‑Time装置通过观测全双工链路上属于同一综合循环的上下行PCF帧，可以在不改造SM和CM软硬件的前提下即可得到SM的分布式时钟同步修正值，并可以通过篡改PCF帧的TC域的值注入时钟同步故障。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet，TTE)，更特别地说是指一种分布式时钟同步参数的测试仪器中的时钟同步处理技术，应用了通过捕获协议控制帧测试时间触发以太网的时钟同步修正值的装置，简称为PCF-Time装置。
技术介绍
基于时间触发(Time-Triggered，TT)通信机制的交换网络能够满足严格时间确定性通信的需要，在航空航天、车辆电子等嵌入式系统中获得应用。例如：时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet，TTE)在普通以太网物理层上实现了时间触发网络协议。交换式网络中分布式节点的本地时钟同步是时间触发通信的基础，通过同步各节点在一定的精度范围内享有全局的时钟基准，使通信任务的收发操作具有时间确定性。时钟同步的方法分为主从授时同步和分布式同步，后者比前者有更强的抗摧毁能力。在交换式网络中，分布式同步的节点需要通过传递协议控制帧(Protocol Control Frame，PCF)表明各自的定时基准。对于PCF帧的格式参考SAE AS6802标准。以TTE网络为例，该网络具有同步主控器(Synchronization Master，SM)，同步客户端(Synchronization Client，SC)和压缩主控器(Compression Master，CM)三种功能模块。参见图1所示，交换机作为TTE网络中的CM、A端系统和C端系统作为TTE网络中的SM、B端系统和D端系统作为TTE网络中的SC。在TTE网络中带有SM和CM的节点发送PCF帧，PCF帧具有“透明时钟”(Transparent Clock，TC)字段，用于存储从发送端口到当前端口的传输过程中累加的传输延迟；当PCF帧经过支持透明时钟的转发设备或交换设备时，由硬件计算从输入端口到输出端口的时间，记录计时值并累加到该字段。这样，接收节点可以得到各段传输延迟的累加值，能够从当时的接收时刻向前推算出PCF帧从发送节点发出的时刻值，将推算出的时刻值加上一段预先设定且足够长的固定时间段，使之大于接收时刻，被称为固化(permanence)时刻。在TTE网络系统的运行过程中，每次综合循环(Integrated Cycle，IC)开始的时候各节点进行分布式同步。首先，各个SM在本地时钟到达各自的IC起始时刻点时，向某个CM发送PCF帧；CM收到各个SM发送的PCF帧分别进行固化，相应的固化时刻点与SM的本轮IC起始时刻点的时间差等于“最大传输时延”，后者是组网是已知参数，其值大于所有可能的SM到CM的传输延迟。这些固化时刻还原了各个SM发出PCF的时间相对关系，对CM固化时刻进行容错平均(被称为“压缩”)，得到的平均值被称为压缩时刻；以CM压缩时刻作为时间的基准值，并以此修正CM自己和SM的本地时钟，从而实现全局的时钟同步。在每轮循环的时间段内，SM和CM之间往返传输PCF帧的同步操作时间开销只占据较小的比例，其它时段用于数据帧传输。在全局的时钟同步下TT流量的数据帧按照静态时间调度表进行传输，而TT数据帧之间的空余时间段，可以允许传输低优先级的事件触发(Event-Triggered，ET)数据帧。
技术实现思路
为了实现TTE网络的时钟同步修正值的测量，本专利技术设计了一种通过捕获协议控制帧测试时间触发以太网的时钟同步修正值的装置(PCF-Time装置)，该PCF-Time装置在TTE网络运行过程中，能够在不改变嵌有同步主控器SM的端系统的硬件和驱动软件的前提下，提供一套通过捕获PCF帧、以及捕获PCF帧的时刻和PCF帧内的TC值，计算得到每次同步时同步主控器SM本地时钟修正值的装置。本专利技术PCF-Time装置的另一个目的是能够通过需求篡改TC值进行故障注入，用于模拟并观测带有误差或错误的TTE网络时钟同步场景。本专利技术设计的一种通过捕获协议控制帧测试时间触发以太网的时钟同步修正值的装置(即PCF-Time装置)，该PCF-Time装置不影响时间触发以太网的正常数据传输；本专利技术PCF-Time装置包含有A收发模块(1)、上行帧类型识别模块(2)、上行透明时钟字段处理模块(3)、上行循环冗余校验码计算模块(4)、上行数据复接模块(5)、B收发模块(6)、下行帧类型识别模块(7)、下行透明时钟字段处理模块(8)、下行循环冗余校验码计算模块(9)、下行数据复接模块(10)、时钟同步修正值模块(11)、计算数据存储模块(12)和数据承载帧内容添加模块(13)。A收发模块(1)与A端系统连接，用于接收A端系统的帧信息OUT端系统＝{SM_PCF,SM_DBF本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过捕获协议控制帧测试时间触发以太网的时钟同步修正值的装置，该装置不影响时间触发以太网的正常数据传输；其特征在于：该装置包含有A收发模块(1)、上行帧类型识别模块(2)、上行透明时钟字段处理模块(3)、上行循环冗余校验码计算模块(4)、上行数据复接模块(5)、B收发模块(6)、下行帧类型识别模块(7)、下行透明时钟字段处理模块(8)、下行循环冗余校验码计算模块(9)、下行数据复接模块(10)、时钟同步修正值模块(11)、计算数据存储模块(12)和数据承载帧内容添加模块(13)；A收发模块(1)与A端系统连接，所述A收发模块(1)用于接收A端系统输出的帧信息OUT端系统＝{SM_PCF,SM_DBF}，其中，为上行协议控制帧，为数据承载帧；PCF1SM表示由TTE网络的同步主控器SM输出的第一个协议控制帧；表示由TTE网络的同步主控器SM输出的第二个协议控制帧；表示由TTE网络的同步主控器SM输出的最后一个协议控制帧；DBF1SM表示由被监测以太网链路上配置的同步主控器SM输出的第一个数据承载帧；表示由被监测以太网链路上配置的同步主控器SM输出的第二个数据承载帧；表示由被监测以太网链路上配置的同步主控器SM输出的最后一个数据承载帧；B收发模块(6)与交换机的连接，所述B收发模块(6)用于接收交换机输出的帧信息PCF1CM表示由TTE网络的压缩主控器CM输出的第一个协议控制帧；表示由TTE网络的压缩主控器CM输出的第二个协议控制帧；表示由TTE网络的压缩主控器CM输出的最后一个协议控制帧；上行帧类型识别模块(2)设置有用于识别所述的数据承载帧类型标识DBF类型；上行帧类型识别模块(2)第一方面用于接收所述OUT端系统＝{SM_PCF,SM_DBF}；上行帧类型识别模块(2)第二方面根据PCF帧的类型字段对所述OUT端系统＝{SM_PCF,SM_DBF}中的上行协议控制帧进行识别，从而获得上行识别PCF帧信息并将所述M2‑3输出给上行透明时钟字段处理模块(3)；上行帧类型识别模块(2)第三方面根据所述DBF类型对所述OUT端系统＝{SM_PCF,SM_DBF}中的数据承载帧进行识别，从而获得上行识别数据承载帧信息上行帧类型识别模块(2)第四方面将所述的到达标志信息M2‑11＝{SM_SIG,SM_IC}输出给时钟同步修正值模块(11)；表示PCF1SM的轮次标号，表示的轮次标号，表示的轮次标号；表示PCF1SM被识别出的时刻，表示被识别出的时刻，表示被识别出的时刻；上行透明时钟字段处理模块(3)设置有透明时钟补偿值上行透明时钟字段处理模块(3)第一方面接收上行帧类型识别模块(2)输出的识别PCF帧信息上行透明时钟字段处理模块(3)第二方面将所述M2‑3中的透明时钟输出给时钟同步修正值模块(11)；表示所述PCF1SM的透明时钟；表示所述的透明时钟；表示所述的透明时钟；上行透明时钟字段处理模块(3)第三方面根据透明时钟补偿值对所述M2‑3中进行处理，从而得到上行链路补偿信息所述M3‑5一方面输出给上行数据复接模块(5)，另一方面输出给上行循环冗余校验码计算模块(4)；上行循环冗余校验码计算模块(4)第一方面接收上行透明时钟字段处理模块(3)输出的上行链路补偿信息第二方面接收数据承载帧内容添加模块(13)输出的添加－数据承载帧信息第三方面采用CRC码生成方法对进行处理，得到每个PCF帧对应的CRC码，记为上行PCF帧校验码第四方面采用CRC码生成方法对进行处理，得到每个数据承载帧DBF对应的CRC码，记为DBF帧校验码上行循环冗余校验码计算模块(4)将该输出给上行数据复接模块(5)；上行数据复接模块(5)第一方面接收上行链路补偿信息上行数据复接模块(5)第二方面接收上行CRC校验码信息上行数据复接模块(5)第三方面接收添加－数据承载帧信息上行数据复接模块(5)第四方面采用中的替换中的CRC校验码；从而得到替换－上行链路PCF帧信息所述IN端系统经B收发模块(6)传输给交换机；上行数据复接模块(5)第五方面采用中的替换中的CRC校验码；从而得到替换－上行链路DBF帧信息下行帧类型识别模块(7)第一方面用于接收所述下行帧类型识别模块(7)第二方面根据PCF帧的类型字段对所述中的下行协议控制帧进行识别，从而获得识别后的下行协议控制帧信息并将所述M7‑8输出给下行透明时钟字段处理模块(8)；下行帧类型识别模块(7)第三方面会将所述的到达标志信息M7‑11＝{CM_SIG,CM_IC}输出给时钟同步修正值模块(11)；表示PCF1CM的轮次标号，表示的轮次标号，表示的轮次标号；表示PCF1CM被识别出的时刻，表示被识别出的时刻，表示被识别出的时刻；下行透明时钟字段处理模块(8)设置有透明时钟补偿值下行透明时钟字段处理模块(8)第一方面接收下行...
【技术特征摘要】
1.一种通过捕获协议控制帧测试时间触发以太网的时钟同步修正值的装置，该装置不影响时间触发以太网的正常数据传输；其特征在于：该装置包含有A收发模块(1)、上行帧类型识别模块(2)、上行透明时钟字段处理模块(3)、上行循环冗余校验码计算模块(4)、上行数据复接模块(5)、B收发模块(6)、下行帧类型识别模块(...
【专利技术属性】
技术研发人员：李峭，孔韵雯，汤雪乾，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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