CN114356828A - 一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法 - Google Patents

一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于机载飞控计算机嵌入式软件技术领域,涉及一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法。包括:对需要进行交叉传输数据结构体进行拆包处理,将交叉传输数据结构体平均拆分为子结构体1和子结构体2,并按照奇数周期将子结构体1进行交叉传输,偶数周期将子结构体2进行交叉传输;将子结构体1和子结构体2按照预定的交叉传输数据格式进行组包;确定将本通道交叉传输数据发送至本计算机的另一通道和另一台计算机所对应的A、B通道的发送策略;确定接收本计算机另一通道数据和另一台计算机所对应的A、B通道数据的接收策略;按照交叉传输发送/接收调度策略进行发送和接收。解决了曼码CCDL传输速率慢和交叉传输通讯故障的问题。

Description

一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法
技术领域
本发明属于机载飞控计算机嵌入式软件技术领域,具体涉及一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法。
背景技术
具有双双余度容错体系结构的机载飞控计算机通常采用交叉传输的功能完成两台计算机之间和一台计算机内两个通道之间的信息交换。通道间的通讯链路CCDL采用串行2M bit/s,曼彻斯特编码格式,串行差分传输的形式,具有CCDL数据包校验测试功能,在余度计算机的通道之间建立CCDL总线,其CCDL交叉传输结构如图1所示。
采用该方法设计的CCDL链路具有设计简单、易于实现的优点。但其传输速率只有2M bit/s,属于慢速总线,当交叉传输数据过多时,其总线传输时间过长,不满足系统要求;并且双双余度飞控计算机系统要求单台工作时满足全功能状态,所以两台计算机之间不进行同步,在异步状态下两台计算机之间的交叉传输通常会出现通讯故障,即在任务周期时间内,主控计算机和副控计算机分别或单方面收不到对方通道发送的交叉传输数据。
发明内容
发明目的:提出一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法,以解决双双余度飞控计算机间异步交叉传输通讯故障的问题。
技术方案:
一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法,包括:
步骤1:对需要进行交叉传输数据结构体进行拆包处理,将交叉传输数据结构体平均拆分为子结构体1和子结构体2,并按照奇数周期将子结构体1进行交叉传输,偶数周期将子结构体2进行交叉传输;
步骤2:将子结构体1和子结构体2按照预定的交叉传输数据格式进行组包;
步骤3:确定将本通道交叉传输数据发送至本计算机的另一通道和另一台计算机所对应的A、B通道的发送策略;
步骤4:确定接收本计算机的另一通道数据和另一台计算机所对应的A、B通道数据的接收策略;
步骤5:按照交叉传输发送/接收调度策略进行发送和接收。
进一步地,步骤1中子结构体1、子结构体2包括本周期必须参与控制律计算的飞机参数,以及参与系统余度管理的数据信息和状态信息。
进一步地,步骤2中,预定的交叉传输数据格式,具体为:
D0设置为包头小帧数,D1到Dn设置为数据位,Dn+1设置为数据校验和,Dn+2设置为数据长度,Dn+3设置为包尾小帧数。
进一步地,步骤3中,发送策略,具体为:
获取当前任务周期的小帧计数,作为当前交叉传输数据包的包头;
根据发送缓冲区标志位判断当前交叉传输发送缓冲区是否可写,如果可写将交叉传输数据包按照格式定义填写到发送缓冲区,如果不可写,继续等待直到发送缓冲区可写;
交叉传输数据包写入发送缓冲区后启动发送。
进一步地,步骤4中,接收策略,具体包括:
步骤401:判断当前交叉传输接收缓冲区是否有数据更新,如果有数据更新进入步骤402,否则等待直到有数据更新;
步骤402:获取当前交叉传输数据的D0包头,并和历史包头进行比较,判断包头是否更新,如果是进入步骤403,否则进入步骤409;
步骤403:获取当前交叉传输数据的Dn+2数据长度和Dn+3包尾,判断包头和包尾是否相等,如果是进入步骤404,否则进入步骤409;
步骤404:判断所接收的交叉传输数据长度是否大于0,如果是进入步骤405,否则进入步骤409;
步骤405:按照接收到的数据长度,循环接收交叉传输数据,并对所接受到的数据进行校验和计算,计算完成进入步骤406;
步骤406:获取当前交叉传输数据的Dn+1校验和,并判断该校验和与405计算的校验和是否相等,如果是进入步骤407,否则进入步骤410;
步骤407:对校验和故障进行清除,并更新历史包头心跳字,并根据数据更新标志判断本周期交叉传输数据是否更新,如果是进入步骤408,否则进入步骤411;
步骤408:进入故障处理函数,对数据未更新瞬态故障进行减1操作;
步骤409:置数据未更新标志有效,表示本周期交叉传输数据没有更新;
步骤410:进入故障处理函数,对校验和瞬态故障进行加1操作;
步骤411:进入故障处理函数,对数据未更新瞬态故障进行加1操作。
进一步地,步骤5,具体包括:
将双双余度飞控计算机应用任务周期等分为周期任务1和周期任务2,在周期任务1中进行发送,在周期任务1和周期任务2中进行接收。
进一步地,周期任务1执行功能程序的顺序为:交叉传输接收、数据输入程序、输入交叉传输数据打包程序、输入数据表决程序、控制率计算程序、输出交叉传输数据打包程序、输出数据表决程序、交叉传输发送。
进一步地,周期任务2执行功能程序的顺序为:等待2ms延时、交叉传输接收、数据输出程序、数据监控程序、数据上拍值保存程序。
有益效果:
本发明提供的一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法,该方法可以解决曼码CCDL传输速率慢,以及异步状态下两台计算机间交叉传输通讯故障的问题。
附图说明
图1为CCDL交叉传输结构图。
图2为交叉传输数据包结构图。
图3为交叉传输写驱动图。
图4为交叉传输读驱动图。
图5为程序执行顺序图。
具体实施方式
针对双双余度容错结构的机载飞控计算机,如附图1所示,其通道间的CCDL通讯链路采用串行曼彻斯特编码格式,串行差分传输的形式,属于慢速设备总线,在异步状态下两台计算机之间的交叉传输通常会出现通讯故障的问题,本发明提出一种解决双双余度飞控计算机间异步交叉传输通讯故障的方法。包括:将交叉传输数据结构体拆分为子结构体1和子结构体2,并按照奇偶周期分别将子结构体1、2进行交叉传输;将需要进行交叉传输的数据按照规定的交叉传输数据格式进行组包;按照规定的驱动程序发送方法将交叉传输数据进行发送;按照规定的驱动程序接收方法接收其他通道发送的交叉传输数据;按照规定的交叉传输发送/接收调度设计,在周期任务中通过合理的调度完成交叉传输功能。该方法可以解决曼码CCDL传输速率慢,以及异步状态下两台计算机间交叉传输通讯故障的问题。
下面结合附图对本发明进行解释说明。
本发明提供一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法。
交叉传输的功能完成两计算机之间和一个计算机的两个通道之间的信息交换。交叉传输采用1发3收的FIFO实现,如图1所示,每次交叉传输时,将本通道的数据写入发送缓冲区,然后再从接收缓冲区读出本机外通道和外计算机的数据。
本发明提供一种解决双双余度飞控计算机间异步交叉传输通讯故障的方法,该方法包括数据拆包、交叉传输数据包设计、交叉传输写驱动设计、交叉传输读驱动设计,交叉传输发送/接收调度设计等五个方面。
步骤1数据拆包:对需要进行交叉传输数据结构体进行拆包处理,按照飞控系统交叉传输的要求分别将交叉传输数据结构体平均拆分为子结构体1和子结构体2,并按照奇数周期将子结构体1进行交叉传输,偶数周期将子结构体2进行交叉传输。
示例性的,按照功能需求将交叉传输数据结构体分解为子结构体1和子结构体2。子结构体1、2除包含本周期必须参与控制律计算的飞机参数外,还应该包含参与系统余度管理的数据信息和状态信息。双双余度飞控计算机系统其参与交叉传输的子结构体1、2包含信息包括:离散量输入、模拟量输入、垂直速度预选旋钮编码值、坡度选择编码值、ARINC429输入、交叉传输系统状态、控制律计算中间保留值、离散量输出和ARINC429输出等信息。
步骤2交叉传输数据包设计:将需要进行交叉传输的数据按照规定的交叉传输数据格式进行组包。
示例性的,将交叉传输数据包D0设置为包头小帧数,小帧数即为周期任务的帧计数,计数从1开始,每一周期加1自动累加;D1到Dn设置为数据位,即需要进行交叉传输的数据依次赋值在该区域,n为当前系统需要交叉传输数据个数的最大值;Dn+1设置为数据校验和,即数据位从D1到Dt(t<=n)累加的数据和,t为当前系统需要交叉传输数据个数,如果超出32位数据表示的最大值,则只保留有效的32位数据校验和;Dn+2设置为数据长度,即需要发送的交叉传输数据个数,最大值为n;Dn+3设置为包尾小帧数,同包头小帧数定义相同,如图2所示。
步骤3交叉传输写驱动设计:按照规定的驱动程序发送方法,如图3所示,将本通道交叉传输数据发送至本计算机的另一通道,和另一台计算机所对应的A、B通道。
示例性的,获取当前任务周期的小帧计数,作为当前交叉传输数据包的包头;判断当前交叉传输发送缓冲区是否可写,如果可写将交叉传输数据包按照格式定义填写到发送缓冲区,如果不可写表示当前发送缓冲区数据还没有发送完成,继续等待直到发送缓冲区可写;交叉传输数据包写入发送缓冲区后启动发送。
步骤4交叉传输读驱动设计:按照规定的驱动程序接收方法,如图4所示,接收本计算机的另一通道数据,和另一台计算机所对应的A、B通道数据。
示例性的,所述步骤4包括以下步骤:
401:判断当前交叉传输接收缓冲区是否有数据更新,如果有数据更新进入步骤402,否则等待直到有数据更新;
402:获取当前交叉传输数据的D0包头,并和历史包头进行比较,判断包头是否更新,如果是进入步骤403,否则进入步骤409;
403:获取当前交叉传输数据的Dn+2数据长度和Dn+3包尾,判断包头和包尾是否相等,如果是进入步骤404,否则进入步骤409;
404:判断所接受的交叉传输数据长度是否大于0,如果是进入步骤405,否则进入步骤409;
405:按照接收到的数据长度,循环接收交叉传输数据,并对所接受到的数据进行校验和计算,计算完成进入步骤406;
406:获取当前交叉传输数据的Dn+1校验和,并判断该校验和与405计算的校验和是否相等,如果是进入步骤407,否则进入步骤410;
407:对校验和故障进行清除,并更新历史包头心跳字,并根据数据更新标志判断本周期交叉传输数据是否更新,如果是进入步骤408,否则进入步骤411;
408:进入故障处理函数,对数据未更新瞬态故障进行减1操作;
409:置数据未更新标志有效,表示本周期交叉传输数据没有更新;
410:进入故障处理函数,对校验和瞬态故障进行加1操作;
411:进入故障处理函数,对数据未更新瞬态故障进行加1操作。
步骤5交叉传输发送/接收调度设计:交叉传输发送/接收任务包含在飞控计算机周期应用任务中,在周期任务中通过合理的调度完成本通道与本机另一通道和另一台计算机A、B通道之间的交叉传输功能。
示例性的,如图5所示,双双余度飞控计算机应用任务周期时间为20ms,前10ms被周期任务1(process1)程序占用,后10ms被周期任务2(process2)程序占用。其中,除交叉传输功能外,process1完成的主要功能包括:数据输入程序、输入交叉传输数据打包程序、输入数据表决程序、控制率计算程序、输出交叉传输数据打包程序、输出数据表决程序;process2完成的主要功能包括:数据输出程序、数据监控程序、数据上拍值保存程序。交叉传输要完成发送和接收两部分功能,本发明将发送功能集成在process1中,将接收功能集成在process1和process2中。
process1执行功能程序的顺序为:交叉传输接收、数据输入程序、输入交叉传输数据打包程序、输入数据表决程序、控制率计算程序、输出交叉传输数据打包程序、输出数据表决程序、交叉传输发送。
process2执行功能程序的顺序为:等待2ms延时、交叉传输接收、数据输出程序、数据监控程序、数据上拍值保存程序。
将交叉传输发送程序在process1执行最后被调度,保证输入数据和输出数据都完成数据打包,每个任务周期只执行一次发送任务,即可完成输入数据和输出数据的交叉传输发送功能。
将交叉传输接收程序在process2开始等待2ms延时后被首次调度执行,可以保证完成本通道与本机另一通道之间的交叉传输功能。因为在process1交叉传输发送功能在最后被调度,process1执行的时间片长度为10ms,按照GJB与系统设计要求,时间片要满足20%的余量要求,即在process1在执行完交叉传输发送功能后,该时间片的余量还有最少2ms;在process2开始等待2ms延时,可以保证本通道在接收本机另一通道的交叉传输数据最少的4ms的等待时间,按照交叉传输带宽2M bit/s的硬件设计,1ms可以完成32个32位字的交叉传输,4m可以完成128个32位字的交叉传输,其交叉传输功能已按照步骤1将需要进行交叉传输数据结构体进行拆包处理,其数据传输量满足系统要求。因为本机两通道之间每周期进行周期同步,可以保证两通道在执行顺序上的紧同步,所以该接收策略可以保证本机两通道之间的交叉传输无通讯故障。但两台飞控计算机之间由于每周期没有进行同步,其运行完全在异步状态,其两台计算机之间的交叉传输发送程序不在同一个时间轴,所以接收程序在process2的首次调度不能保证飞控计算机之间的交叉传输正确,
将交叉传输接收程序在process1开始被二次调度执行,可以保证完成本通道与另一台计算机A、B通道之间的交叉传输功能。因为另一台计算机A、B通道之间每周期进行同步,所以可以将另一台计算机A、B通道当做一个整体单元。当本通道在完成交叉传输发送程序时,另一台计算机当前的运行状态必然在交叉传输发送程序之前或者之后。若一台计算机当前的运行状态在交叉传输发送程序之前,则交叉传输接收程序在process2的首次调度可以保证等待足够的延时,接收本通道发送的交叉传输数据;若运行状态在交叉传输发送程序之后,在process1时间片2ms余量等待中,或者在process2执行最后4ms周期任务之前,下一周期process1的二次接收可以保证等待足够的延时,接收本通道发送的交叉传输数据;若运行状态在交叉传输发送程序之后,在process2执行最后4ms周期任务之内,则在下一周期process2的首次调度可以保证等待足够的延时,接收本通道发送的交叉传输数据。该策略可以保证另一台计算机在其本周期或者下一周期可以接收到本通道当前周期发送的交叉传输数据,其满足飞控系统对安全性和可靠性的要求。

Claims (8)

1.一种双双余度飞控计算机间异步交叉传输的方法,其特征在于,包括:
步骤1:对需要进行交叉传输数据结构体进行拆包处理,将交叉传输数据结构体平均拆分为子结构体1和子结构体2,并按照奇数周期将子结构体1进行交叉传输,偶数周期将子结构体2进行交叉传输;
步骤2:将子结构体1和子结构体2按照预定的交叉传输数据格式进行组包;
步骤3:确定将本通道交叉传输数据发送至本计算机的另一通道和另一台计算机所对应的A、B通道的发送策略;
步骤4:确定接收本计算机的另一通道数据和另一台计算机所对应的A、B通道数据的接收策略;
步骤5:按照交叉传输发送/接收调度策略进行发送和接收。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中子结构体1、子结构体2包括本周期必须参与控制律计算的飞机参数,以及参与系统余度管理的数据信息和状态信息。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中,预定的交叉传输数据格式,具体为:
D0设置为包头小帧数,D1到Dn设置为数据位,Dn+1设置为数据校验和,Dn+2设置为数据长度,Dn+3设置为包尾小帧数。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3中,发送策略,具体为:
获取当前任务周期的小帧计数,作为当前交叉传输数据包的包头;
根据发送缓冲区标志位判断当前交叉传输发送缓冲区是否可写,如果可写将交叉传输数据包按照格式定义填写到发送缓冲区,如果不可写,继续等待直到发送缓冲区可写;
交叉传输数据包写入发送缓冲区后启动发送。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4中,接收策略,具体包括:
步骤401:判断当前交叉传输接收缓冲区是否有数据更新,如果有数据更新进入步骤402,否则等待直到有数据更新;
步骤402:获取当前交叉传输数据的D0包头,并和历史包头进行比较,判断包头是否更新,如果是进入步骤403,否则进入步骤409;
步骤403:获取当前交叉传输数据的Dn+2数据长度和Dn+3包尾,判断包头和包尾是否相等,如果是进入步骤404,否则进入步骤409;
步骤404:判断所接收的交叉传输数据长度是否大于0,如果是进入步骤405,否则进入步骤409;
步骤405:按照接收到的数据长度,循环接收交叉传输数据,并对所接受到的数据进行校验和计算,计算完成进入步骤406;
步骤406:获取当前交叉传输数据的Dn+1校验和,并判断该校验和与405计算的校验和是否相等,如果是进入步骤407,否则进入步骤410;
步骤407:对校验和故障进行清除,并更新历史包头心跳字,并根据数据更新标志判断本周期交叉传输数据是否更新,如果是进入步骤408,否则进入步骤411;
步骤408:进入故障处理函数,对数据未更新瞬态故障进行减1操作;
步骤409:置数据未更新标志有效,表示本周期交叉传输数据没有更新;
步骤410:进入故障处理函数,对校验和瞬态故障进行加1操作;
步骤411:进入故障处理函数,对数据未更新瞬态故障进行加1操作。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤5,具体包括:
将双双余度飞控计算机应用任务周期等分为周期任务1和周期任务2,在周期任务1中进行发送,在周期任务1和周期任务2中进行接收。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,周期任务1执行功能程序的顺序为:交叉传输接收、数据输入程序、输入交叉传输数据打包程序、输入数据表决程序、控制率计算程序、输出交叉传输数据打包程序、输出数据表决程序、交叉传输发送。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,周期任务2执行功能程序的顺序为:等待2ms延时、交叉传输接收、数据输出程序、数据监控程序、数据上拍值保存程序。
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