CN103947168A - 用于将第一装备项选择性地连接到多个第二装备项的设备以及包括这样的设备的数据处理组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于将至少一个第一计算机装备件(100)选择性连接到多个第二计算机装备件(200)的设备(1)，该设备包括用于连接到第一装备的第一以太网端口(10)、用于连接到每一个第二装备件的第二以太网端口(20)、被安置成将第一以太网端口物理地并以选择性方式连接到第二以太网端口的选择器(50)、以及选择器控制单元(60)。数据处理组件包括连接到至少一个这样的连接设备(1)的装备件(100)。

Description

用于将第一装备项选择性地连接到多个第二装备项的设备以及包括这样的设备的数据处理组件
本发明涉及用于将第一计算机装备件选择性地连接到多个第二计算机装备件的设备。本发明还提供包括至少一个这样的设备的数据处理器组件。
这样的连接设备在多种领域中有用，并且更具体地，在航天领域中有用。
因此，在飞机中，已知将数据加载和下载单元(通常被称为“数据加载器”)连接到该飞机的各计算机处，以便将程序或更新加载到这些计算机中，或者以便下载该数据。ARINC615A标准规定使用以太网协议以便将加载和下载单元连接到这些计算机。
必须在加载和下载单元以及这些计算机之间插入连接设备，以便选择性地将该加载和下载单元连接到这些计算机中的每一个计算机。连接设备可以是用于在加载和下载单元以及这些计算机之间路由数据包的以太网路由器(也被称为“交换机”)。在这样的路由器中，该路由器的各端口彼此持久连接，并且由该路由器根据在到达该路由器的各数据帧中的包含的地址来确定这些帧应该被传送到的端口。这样的路由器无法防止例如由于执行恶意软件程序而在这些计算机之间传送数据。更具体地，当飞机在空中时，防止将程序加载到任一计算机中是必要的。
可能使用的较精细连接设备包括具有被编程为在飞行中防止加载这样的程序的专用计算机的安全通信接口。不过，这样的接口是昂贵的。
本发明的一个目的是提供用于以简单、可靠和安全的方式将第一计算机装备件连接到多个第二计算机装备件的装置。
出于这个目的，本发明提供一种用于将至少一个第一计算机装备件选择性连接到多个第二计算机装备件的设备，该设备包括用于连接到第一装备的第一以太网端口、用于连接到每一个第二装备件的第二以太网端口、被安置成将第一以太网端口物理地并以选择性方式连接到第二以太网端口的选择器、以及选择器控制单元。
由此，连接设备提供第一以太网端口到每一个第二以太网端口的物理交换，同时使各第二以太网端口彼此隔离。连接设备的这种安置使得这些计算机能够彼此隔离，且结果保证了信息系统的计算机安全性。因此，这不仅仅在于在各装备件之间路由数据，更在于将第一装备件连接到每一个第二装备件。
有利地，选择器具有所有第二以太网端口被断开的断开位置。
在这个位置处，选择器防止在各计算机装备件之间发生任何传输。
因此优选的是，控制单元被编程为使得选择器在控制单元未被供电时处于用于断开所有第二以太网端口的位置。
在飞机机载的应用中，可作出关于仅在飞机在地面上时才向控制单元供电的规定，使得只要该飞机在飞行中，将程序加载到第二装备件中就是不可能的。
根据另一有利特征，该设备包括离散信号入口端口，并且优选地：
该设备包括至少与所存在的第二以太网端口一样多的离散信号出口端口，并且该选择器被安置成将该离散入口端口物理地并以选择性方式连接到离散出口端口；和/或
该控制单元被编程为使得选择器在没有离散信号存在于入口端口上时处于用于断开所有离散出口端口的位置。
离散信号的存在可随后构成对传输数据的授权。
同样有利地，该设备包括用于链接到(chain to)相同类型的至少一个连接设备的链接端口，并且该控制单元被安置成将未寻址到连接设备所连接到的第二装备件的任何帧传输到该链接端口。
这使得增加可连接到第一装备件的第二装备件的数目成为可能。
本发明还提供包括连接到计算机装备件的至少一个这样的连接设备的数据处理器组件。
在阅读了以下对本发明的特定、非限制实施例的描述后，会发现本发明的其它特征和优点。
参见附图，在附图中：
图1是包括由根据本发明的连接设备连接的数据处理装备的系统的整体图示；以及
图2是该连接设备及其与加载和下载单元的链接(link)的图示。
参考各附图，在本文中，在用于将加载和下载单元100连接到飞机机载的计算机200(在本示例中，存在六个计算机，这些计算机借助被附加于图1中的数字标记200的索引1到6来个体化)的航天应用中描述了根据本发明的连接设备(被给予整体标记1)。用作操作者接口并且形成“第一”计算机装备的加载和下载单元100(或“数据加载器”)以及形成“第二”计算机装备件的计算机200本身是公知的，且在本文中未对其进行更详细地描述。
连接设备1具有用于连接到加载和下载单元100的第一以太网端口10，以及用于连接到计算机200的第二以太网端口20(在本示例中，有四个第二以太网端口)。
在本示例中，以太网端口10经由(符合ARINC标准规范615A的)双向以太网链路连接到加载和下载单元100，该双向以太网链路以常规方式包括上行线路和下行线路，这些线路是电隔离的。
在本示例中，每一以太网端口20经由(符合ARINC标准规范615A的)双向以太网链路连接到计算机200之一，该双向以太网链路以常规方式包括上行线路和下行线路，这些线路是电隔离的。
每一连接设备1包括适合于经由以上提到的类型的双向以太网链路将该连接设备连接到另一连接设备1的以太网端口10的链接以太网端口30。
每一连接设备1还具有离散信号的入口端口41、及与所存在的以太网端口20一样多的该离散信号的出口端口42、以及用于与另一连接设备1链接的该离散信号的出口端口43。离散端口41、42和43分别用于连接到加载和下载单元100、连接到计算机200及连接到另一连接设备1。连接设备1包括：被给予总体标记50的选择器，该选择器包括连接在以太网端口10与以太网端口20之间的第一选择器51；以及，以太网链接端口30，以便将以太网端口10物理地并以选择性方式连接到以太网端口20和以太网端口30中的任何一个端口。选择器51由此与存在的以太网端口20加上链接以太网端口30具有一样多的连接位置，使得能够将以太网端口10选择性地连接到以太网端口20中的任何一个或连接到链接以太网端口30。选择器51还具有所有以太网端口20和链接以太网端口30被断开的断开位置，使得以太网端口10、以太网端口20和链接以太网端口30彼此隔离。
选择器50进一步包括第二选择器52，该第二选择器串联在入口端口41与离散出口端口42及离散出口端口43之间，并且该第二选择器被安置成将离散入口端口41物理地并以选择性方式连接到离散出口端口42中的任何一者或连接到离散出口端口43。因此，选择器52具有与所存在的离散出口端口42加上离散出口端口42一样多的连接位置，并且它具有如下断开位置：在所述断开位置下，所有离散出口端口42和离散出口端口43被断开，使得离散入口端口41、离散出口端口42和离散出口端口43彼此隔离。
选择器50提供有用于控制选择器50中的选择器51和52的控制单元60。在这个示例中，控制单元60是可编程逻辑电路，其被编程为使得选择器50中的选择器51和52在控制单元60未被上电并且离散信号不存在于离散入口端口41上时处于断开位置。
优选地，电源是经由加载和下载单元100通过在连接到以太网端口10的以太网线路上递送电力来提供的。这个为连接到以太网的装备供电的方法本身是公知的。因此，仅在加载和下载单元100本身连接到连接设备1，并被供电时，才可向控制单元60供电。
在此处描述的示例中，计算机200的数量(六个)大于连接设备1的以太网端口20的数量(四个)。因此作出了使用第二连接设备1的规定(连接设备1在结构方面相同，并且它们在附图中借助与数字标记1相关联的字母a和b来进行区别)。
连接设备1a因此让其四个以太网端口20和其四个离散出口端口42连接到计算机200.1、200.2、200.3和200.4，让其链接以太网端口30连接到第二连接设备1b的以太网端口10，并且让其离散出口端口43连接到第二链接设备1b的离散入口端口41。连接设备1b让其以太网端口20中的两个分别连接到计算机200.5和200.6，并且让其离散出口端口42中的两个分别连接到计算机200.5和200.6。连接设备1b的其他两个以太网端口20和其他两个离散出口端口42没有被连接，并且链接以太网端口30和离散出口端口43也没有被连接。
在操作中，寻求将数据加载到计算机之一中或从计算机之一下载数据的操作者需要将加载和下载单元100连接到连接设备1a、电源、以及飞机的空/地传感器110。连接设备1a随后被供电。
通过先发送提到对应于所讨论的计算机的标识符M(值为1、2、3、4…)的交换控制帧来将数据传送到计算机。
如果数据帧到达连接设备1a以供递送到计算机200.M：
如果M小于N(表示连接设备1a的以太网端口20的数量)，则控制单元60使得选择器50将以太网端口10连接到计算机200.M所连接到的以太网端口20#M，使得将该数据帧发送到那个计算机。
如果M大于N，则连接设备1a的控制单元60将具有经纠正标识符M-N的数据帧发送到连接设备1b，以控制选择器50将以太网端口10连接到链接以太网端口30，并将离散入口端口41连接到离散出口端口43。连接设备1b的控制单元60随后被供电，并且控制选择器50将以太网端口10连接到计算机200.M所连接到的以太网端口20#M-N，以便将数据发送到该以太网端口20#M-N。
因此，通过更详细的方式，假设要将数据加载到计算机200.2中的情况，该操作者使用加载和下载设备100来发送包含要连接的以太网端口20的编号(即，在本示例中为以太网端口20#2)在内的用户数据报协议(UDP)交换帧。一旦接收到该交换帧，连接设备1a的控制单元60验证该端口的编号小于它所拥有的以太网端口20的数量。如果如此，则控制单元60使得选择器51和52占据它们的相应位置。随后，计算机200.2准备好加载数据。
加载和下载设备100将包含状态请求在内的新UDP帧颁发给控制单元60，该控制单元60通过返回经由选择器51连接的以太网端口20的标号来对该请求作出响应。
如果来自控制单元60的响应符合所期望的响应，则加载和下载设备100发送要加载的数据帧。
对数据要被加载到的每一计算机重复这个过程。这同样适用于要从其下载数据的计算机。
假设该数据将被加载到计算机200.5的情况，在连接系统的总配置中，操作者使用加载和下载设备100来发送包括要连接的以太网端口20的编号(即，在本示例中，为以太网端口20#5)在内的UDP帧。一旦接收到该UDP帧，连接设备1a的控制单元60就验证该以太网端口20的标号小于它所拥有的以太网端口20的数量。如果并非如此，则控制单元60从该帧中包含的编号中减去设备1a的以太网端口20的总数，并且该控制单元生成该控制单元将该减法的结果(在本示例中，该结果为1)插入于其中的UDP交换控制帧。控制单元60随后使得选择器51和52连接到链接以太网端口30和离散出口端口43，并且它将UDP帧转发给连接设备1b。
连接设备1b的控制单元60以与控制设备1a相同的方式操作。
随后状态被如上验证。由连接设备1b的控制单元60返回的状态帧包含经由选择器50连接的以太网端口20的编号，并且该状态帧被传送至连接设备1a。控制设备1a的控制单元60随后生成状态帧，其中该控制设备将连接设备1b所传送的编号加上连接设备1a中的以太网端口20的数量之和作为连接到的以太网端口20的编号插入于该状态帧。如果该状态帧符合期望，则加载和下载设备100发送要加载的数据帧。
自然，本发明不限于以上描述的各实施例，但覆盖不背离权利要求所限定的本发明的范围内的任何变形。
具体地，虽然在本示例中，以上描述的连接设备1可被连接到仅四个计算机200，但自然将理解，连接设备1可以被安置成能够被连接到一些其他数量的计算机200。
使用单个连接设备或级联连接的多个连接设备是可能的，连接设备的数量可能等于一、二或更多。
具体地，离散信号入口端口和离散信号出口端口任选地在非航天应用中。
控制单元60的可编程逻辑电路可以被任何等效装置替代，并且具体地，可以被离散组件、微控制器等替代。
数据加载和下载是否被授权可能与激活一些其他类型的检测器或者与手动地致动专用于该目的的按钮相关联。前面，数据加载和下载被授权还是未被授权与传感器110被激活还是未被激活相关联：可能的是，提供使得例如在发生特定维护操作时能够迫使授权的装置。
直接地或经由加载和下载单元110向所有或一些连接设备持久供电是可能的。向连接设备持久供电是有利的，因为这使得采取对适当操作的周期性诊断成为可能，而非在将来在选择和/或加载或下载数据时才采取该诊断。
在连接设备中提供两个离散信号入口是可能的。这些入口之一直接从加载和下载单元100接收离散信号，且这些入口中的其他入口接收来自上游连接设备的离散信号。随后仅在离散信号存在于连接设备的两个入口上的情况下才选择所述连接设备的端口(对于在最上游的连接设备而言，这两个入口直接连接到加载和下载单元)。
本发明可应用于任何类型的数字总线，并具体地，可应用于AFDX类型的总线或以太网的任何其他变体。
本发明等同地适用于任何数据率(例如，千兆比特/秒)及任何以太网介质(例如，光纤)。

Claims (9)

1.一种用于将至少一个第一计算机装备件(100)选择性连接到多个第二计算机装备件(200)的设备(1)，所述设备包括用于连接到第一装备的第一以太网端口(10)、用于连接到每一个第二装备件的第二以太网端口(20)、被安置成将所述第一以太网端口物理地并以选择性方式连接到所述第二以太网端口的选择器(50)、以及选择器控制单元(60)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述选择器(50)具有所有第二以太网端口(20)被断开的断开位置。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制单元(60)被编程为使得所述选择器(50)在所述控制单元未被供电时处于用于断开所有第二以太网端口(20)的位置。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括离散信号入口端口(41)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，包括至少与所存在的第二以太网端口(20)一样多的离散信号出口端口(42)，并且所述选择器(50)被安置成将所述离散入口端口(41)物理地并以选择性方式连接到所述离散出口端口。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制单元(60)被编程为使得所述选择器(50)在没有离散信号存在于所述入口端口(41)时处于用于断开所有离散出口端口(42)的位置。
7.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于链接到相同类型的至少一个连接设备(1)的离散链接出口(43)，并且所述控制单元(60)被安置成将未寻址到所述连接设备(1)所连接到的所述第二装备件(200)的任何帧传输到所述离散链接出口。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于链接到相同类型的至少一个连接设备的链接以太网端口(30)，并且所述控制单元(60)被安置成将未寻址到所述连接设备(1)所连接到的所述第二装备件(200)的任何帧传输到所述链接以太网端口。
9.一种数据处理组件，该数据处理组件包括连接到根据前述任何权利要求的至少一个连接设备(1)的装备件(100)。
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