【技术实现步骤摘要】
一种应用于星型TTP网络的集线器及其实现方法
[0001]本专利技术涉及飞行器管理系统通信总线
，具体涉及一种应用于星型TTP网络的集线器及其实现方法。
技术介绍
[0002]近年来，具有高可靠性、安全性和关键性的计算机系统被广泛应用于航空航天、汽车领域和工业控制等安全关键性领域。这样的计算机系统本质上需要一个分布式的解决方案，使得系统的一部分损坏不会导致整个系统失效。然而，空间分布意味着通信基础设施的实施，使得系统中的参与者能够交换信息。出于经济原因，通信基础设施通常需要被实现为共享资源，必须实施专用通信协议来协调其使用。这种通信协议可以建立在参与者本地时钟同步的基础上，采用总线保护器(Bus Guardian，BG)来保护与协调共享资源的使用。这种保护与协调共享资源的网络可以采用总线型时间触发网络来进行保护与协调，如图7所示；但是采用总线型时间触发网络，由于是一个双冗余系统，需要2n个总线保护器，因此，成本会很高。为了能够实现保护与协调共享资源的作用，在星型时间触发网络中可以使用较少的集线器来实现总线保护和协调TTP节点共享资源的作用，目前国内鲜有关于星型时间触发网络TTP的集线器的研究，因此，设计出一种应用于星型TTP网络、具有较好的实时性、确定性以及更好的容错性能的集线器，迫在眉睫。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供一种应用于星型TTP网络的集线器及其实现方法，该星型时间触发网络基于时分复用技术，该集线器的设计使得星型时间触发网络具有更好的容错性且成本比总线型时间触发网络低。
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用于星型TTP网络的集线器，其特征在于，包括设置在物理链路层的门控模块(9)和收发模块(7)，以及设置在协议层的启动控制模块(1)、同步控制模块(2)、时钟生成和同步模块(3)、MEDL解析模块(4)、帧解析模块(5)、集群模式切换模块(6)、整形模块(8)、帧长计算模块(10)和在线配置模块(11)，所述收发模块(7)的输入端分别与所述整形模块(8)、门控模块(9)、帧长计算模块(10)连接，所述收发模块(7)的输出端分别与所述门控模块(9)、帧解析模块(5)、在线配置模块(11)连接；所述时间生成和同步模块(3)的输入端分别与所述帧解析模块(5)、整形模块(8)、MEDL解析模块(4)连接，所述时间生成和同步模块(3)的输出端分别与启动控制模块(1)、同步控制模块(2)连接；所述MEDL解析模块(4)的输入端分别与启动控制模块(1)、同步控制模块(2)、集群模式切换模块(6)和在线配置模块(11)连接，所述MEDL解析模块(4)的输出端还分别与所述帧长计算模块(10)、启动控制模块(1)、同步控制模块(2)连接；所述帧解析模块(5)的输出端还与集群模式切换模块(6)连接；所述启动控制模块(1)的输出端还分别与所述门控模块(9)以及同步控制模块(2)连接；所述同步控制模块(2)的输出端还与所述门控模块(9)连接。2.根据权利要求1所述的一种应用于星型TTP网络的集线器，其特征在于，所述启动控制模块(1)用于在集线器的启动阶段实现集线器从非同步状态过渡到同步状态，根据所述MEDL解析模块提供的Sender Membershp Flag信号、时钟生成子模块提供的系统时间使集线器在启动阶段产生启动输入使能信号和启动输出使能信号，启动输入使能信号和启动输出使能信号控制集线器连接的外部节点的输入、输出，同时，在启动完成后，将启动完成时的时隙中的PSP开始时间点、TP开始时间点、PRP开始时间点和时隙结束时间点以及当前时隙数传递给同步控制模块；所述同步控制模块用于根据集线器进入同步状态时的各时间点以及所述MEDL解析模块提供的时隙信息，在集线器进入同步状态后生成控制门控模块(9)的同步输入使能信号和同步输出使能信号以及将集线器在同步阶段中的各个时隙进行阶段划分，每个所述时隙均包括IDLE阶段，即空闲阶段；PSP阶段，即发送前的阶段；TP阶段，即发送数据阶段；PRP阶段，即发送后的阶段；所述集线器根据各个阶段的时间来进行状态跳转；所述时钟生成和同步模块(3)包括时钟生成子模块和时钟同步子模块，所述时钟生成子模块在集线器的启动阶段工作，根据从帧解析模块获取(5)的Global time/startup time和帧解析时间再结合所述MEDL解析模块(4)提供的发送延时和传播延时求得集线器的初始时间，并通过初始时间形成集线器的本地时间；所述时钟同步子模块在集线器处于同步阶段时工作，获取整形模块(8)传输来的时间差值，对校正项进行计算并根据校正项校正集线器的本地时钟，以实现在一个TDMA Round中进行至少一次地时间同步，其中，校正分为单步校正和多部校正，所述校正的规则由所述MEDL解析模块(4)中的调度表的决定；所述MEDL解析模块(4)，包括全局条目表、协议参数表、MEDL标识表、时隙参数表和7种集群模式表；其中每个集群模式表包含模式控制表和若干时隙条目，在集线器开机后，在线配置模块将加载配置数据传输至MEDL解析模块(4)的存储单元RAM中，完成集线器自检后，
在每个时隙开始的阶段，启动控制模块或者同步控制模块向MEDL解析模块(4)发送时隙请求信号或者全局协议参数获取请求信号，MEDL解析模块(4)接收到时隙请求信号或全局协议参数获取请求信号后，根据全局条目配置的各个表的起始地址和长度，结合请求信号类型将调度表中相应的信息发送给启动控制模块或者同步控制模块；所述帧解析模块(5)，通过对输入的帧进行解析，获取帧中的控制状态字段的Global Time/Startup Time字段、DMC字段和Cluster position字段，并将帧中的控制状态字段的GlobalTime/Startup Time字段传输给所述时钟生成和同步模块(3)，将DMC字段和Cluster position字段传输给所述集群模式切换模块(6)，以触发所述集群模式切换模块(6)发送集群切换信号给MEDL解析模块(4)；所述集群模式切换模块(6)用于在集线器的PRP阶段检查模式更改请求是否被允许，允许则将模式更改请求的内容设置为延迟模式更改的内容，当检测到调度表中表示本集群模式下最后一个时隙的字段EOC有效且当前时隙即将结束时，将延迟模式更改的内容对应的后继模式赋值给集群模式，并将变更后的集群模式传输给MEDL解析模块，下一个时隙即进入一个新的集群模式；所述收发模块(7)用于集线器进行数据的收发，包括波特率生成子模块、接收子模块、发送子模块、寄存子模块和CRC校验子模块；所述整形模块(8)用于隔离时域SOS故障，在TP阶段中的接收窗口的末尾增加整形延时，待集线器的系统时间到了整形延时完成时，再产生整形输出使能信号给收发模块(7)；所述门控模块(9)在集线器启动阶段，根据启动输入使能信号和启动输出使能信号对数据进行输入和输出，在集线器同步阶段，根据同步控制模块传输的同步输入使能信号和同步输出使能信号，打开和关闭节点对应的各个端口，所述门控模块(9)包括启动门控子模块、同步门控子模块和输出选择子模块；所述帧长度生成模块(10)用于根据所述MEDL解析模块提供的数据长度和帧类型以及每种帧类型固定的帧长开销计算出每次传输的帧长，并将计算出来的帧长输出给所述收发模块(7)和门控模块(9)；所述在线配置模块(11)用于给节点或集线器配置数据，配置主机在下传配置数据时，在配置数据的前端加上一段用于标识目的地的字段，所述集线器和节点的标识字段均唯一且不同，若该字段被判定为配置数据是发送给集线器的，则校验配置数据中的全局条目表是否正确，如果这部分配置数据校验正确则将数据配置到MEDL解析模块的RAM，同时，集线器也将该配置数据进行转发；若该字段被判定为节点的，则集线器将数据转发出去。3.一种应用于星型TTP网络的集线器的实现方法，使用权利要求1或2所述的应用于星型TTP网络的集线器，其特征在于，包括如下步骤：S1、将两个集线器和若干节点连接，两个所述集线器和若干所述节点构成星型网络；S2、对所述集线器和所述节点上电，集线器初始化完成后进入启动阶段；S3、在启动阶段，所述时钟生成和同步模块从帧解析模块获取的Global time/startup time和帧解析时间结合所述MEDL解析模块提供的发送延时和传播延时求得集线器的初始时间，同时，帧长计算模块根据MEDL解析模块获取当前时隙的数据长度和IF字段计算出当前时隙的帧长，以判断帧传输是否结束，将MEDL解析模块的调度表信息和集线器的初始时间传输给所述启动控制模块，所述启动控制模块根据所述MEDL解析模块提供的信息、时钟
生成子模块提供的系统时间使集线器在启动阶段产生启动输入使能信号和启动输出使能信号，同时，所述启动控制模块对所述调度表信息进行检验，检验通过后集线器进入帧听状态，并根据在规定时间范围内接收到的帧进行状态的转变，当集线器启动完成时，将此时对应的集线器的时间传输给同步控制模块，集线器进入同步阶段；S4、所述同步控制模块输出控制门控模块的同步输入使能信号和同步输出使能信号以及将集线器在同步阶段中的每个时隙进行阶段划分，集线器根据每个时隙的IDLE、PSP、TP和PRP阶段进行状态的跳转；所述时钟生成和同步模块在每一个TDMA Round中至少执行一次时间同步，所述门控模块的各端口根据所述输入输出使能控制信号开/关，收发模块通过整形模块给出的输出使能信号将数据输出至门控模块，根据帧长计算模块得到的数据的帧长判断是否传输结束。4.根据权利要求3所述的一种应用于星型TTP网络的集线器的实现方法，其特征在于，集线器的启动控制模块包括有效性检查状态、帧听状态、冷启动状态、集成状态、同步状态、等待集成状态和等待同步状态；S3中，所述启动控制模块对所述调度表信息进行检验，检验通过后集线器进入帧听状态，并根据在规定时间范围内接收到的帧进行状态的转变的具体步骤为：启动控制模块进行有效性检查：在集线器开机初始化后，对所述ME...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛萌，蹇红，刘坤，谢军，张超，涂晓东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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