CN104092629A - 一种抗单粒子翻转的afdx交换机 - Google Patents

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王力
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Abstract

本发明公开了一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，包含交换引擎和CPU，其特征在于还包含错误检测与纠正模块，用于对从配置端口进入交换引擎的AFDX数据、从配置端口输出的AFDX数据、以及进入CPU完成交换机管理和配置加载的AFDX数据和交换机状态数据进行检验纠错。本发明在保证AFDX交换机正常数据交换及配置管理功能的同时，满足机载AFDX交换机在飞行空间环境中抗单粒子翻转的要求，保障了在飞行空间存在的粒子辐射的环境中机载AFDX交换机工作的安全性和可靠性。

Description

一种抗单粒子翻转的AFDX交换机
技术领域
本发明涉及一种采用航空全双工交换式以太网(Avionic Full-DuplexSwitched Ethernet,ARINC664)协议的网络交换设备。
背景技术
AFDX交换机是采用航空全双工交换式以太网(Avionic Full-Duplex SwitchedEthernet,ARINC664)协议的网络交换设备。ARINC664协议是在IEEE802.3技术基础上增加一个实现通讯数据确定性和服务保证的子协议层，从而可以实现了一个确定性的数据交换网络，因此得以在飞机的航电系统中广泛使用，成为机载电子设备间通讯的骨干网络。
在地球的空间环境中存在主要来源于银河宇宙射线、太阳宇宙射线以及地球辐射的高能粒子辐射。大部分高能太阳射线和宇宙射线会被地球电离层捕获，仍有少量高能粒子到达大气层的对流层和平流层。
飞机的飞行高度在0-40Km范围内，其中民用飞机其飞行高度在0～15Km的范围内，在地球大气层的对流层和平流层内。
到达对流层的单粒子会对机载航空电子设备的微电子器件产生辐射效应，其中导致微电子器件逻辑功能翻转或器件损坏的单粒子翻转(Single EventUpset，简称SEU)是辐射效应中的一种。
图1给出了未加抗SEU设计的AFDX交换机架构的示意图。AFDX交换机的核心是一个支持N端口100M/10M数据转发的交换引擎和一个支持SNMP交换机管理和615A加载配置的CPU。AFDX数据可以根据配置从配置端口进入交换引擎转发后从配置端口输出，同时AFDX数据以及交换机状态数据可以进入CPU完成交换机管理和配置加载。未采用抗SEU设计交换机在器件选择上没有选用对SEU敏感度低的器件，SEU发生的概率较高；粒子辐射效应发生时，高降额等级微电子器件内的电子结能承受更高的积累电荷，避免逻辑错误或物理故障发生；元器件未执行足够高的降额等级设计将不能提高元器件所能承受的电应力。架构上没有针对关键的数据读写路径进行读写检验，发生单粒子翻转会引起关键数据错误、程序错误甚至交换机崩溃等严重故障。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，保证交换机数据交换，配置管理等各功能都正常的情况下，可以在设计的飞行高度范围内，防止高能粒子辐射影响，实现抗SEU功能，保障交换机安全可靠的运行。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，包含交换引擎和CPU，还包含错误检测与纠正模块，用于对从配置端口进入交换引擎的AFDX数据、从配置端口输出的AFDX数据、以及进入CPU完成交换机管理和配置加载的AFDX数据和交换机状态数据进行检验纠错。
优选地，所述错误检测与纠正模块采用海明编码进行读写检验纠错。
优选地，交换引擎采用ASIC器件。
优选地，AFDX交换机采用的CPU带有海明编码检验纠错的总线控制器。
优选地，AFDX交换机中的随机存储器采用静态随机存储器SRAM。
优选地，AFDX交换机中的非易失存储器采用FLASH。
优选地，交换引擎包含带海明编码检测和校正的SRAM控制器。
优选地，交换引擎包含用带CRC校验的FLASH控制器。
优选地，AFDX交换机中采用敏感度低的器件。
本发明设计了与正常交换功能独立的抗SEU设计方法。在保证AFDX交换机正常数据交换及配置管理功能的同时，满足机载AFDX交换机在飞行空间环境中抗SEU的要求。本发明保障了在飞行空间存在的粒子辐射的环境中机载AFDX交换机工作的安全性和可靠性。本发明可以结合实际需求灵活裁剪和调整，适用范围广，具有良好的应用前景和显著的经济效益。
附图说明
图1为现有的AFDX交换机的结构示意图。
图2为本发明一种抗单粒子翻转的AFDX交换机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图2给出了一种抗单粒子翻转的AFDX交换机的结构示意图，AFDX交换机的核心是一个支持N端口100M/10M数据转发的交换引擎和一个支持SNMP交换机管理和615A加载配置的CPU。AFDX数据可以根据配置从配置端口进入交换引擎转发后从配置端口输出，同时AFDX数据以及交换机状态数据可以进入CPU完成交换机管理和配置加载。本发明在支持AFDX交换机完成正常的数据转发和交换机配置管理的同时，对交换机内的SEU敏感的数据以及关键数据提供读写检验纠错的功能。本发明主要通过以下几个方面进行抗SEU的处理，
1)对关键数据路径保护，设计了一个错误检测与纠正模块：
a)Error Checking and Correcting(错误检测与纠正)技术是可以提供数据路径保护方法；海明(Hamming)编码是应用最广泛的ECC编码，可以检测1比特和2比特错误，只能纠正1比特错误；
b)采用定制ASIC为Processor SRAM，AFDX Frame SRAM的读写提供海明码ECC保护；为交换引擎(switch engine)内部buffer提供海明码ECC保护；
c)系统程序以及配置数据放在非易失存储器类器件FLASH中，在对这部分数据进行读写时做Cyclic Redundancy Check(循环冗余校验码)检验；
d)AFDX交换机采用的CPU带有海明编码检验纠错的总线控制器。
2)降额设计：
降额设计是提高元器件抗SEU能力的有效方法之一，粒子辐射效应发生时，高降额等级微电子器件内的电子结能承受更高的积累电荷，避免逻辑错误或物理故障发生；降额设计有I级，II级，III级降额。
3)器件选用：
a)SRAM结构和FLASH结构的FPGA等现场可编程器件发生SEU的概率比较高，因此交换引擎需采用ASIC器件；
b)动态随机存储器SDRAM的SEU率普遍较高，因此AFDX交换机中的随机存储器选择静态随机存储器SRAM；
c)非易失存储器不选择EPROM，以防止发生SEU导致擦除后不能在系统恢复。AFDX交换机中采用FLASH；
d)选用敏感度低的器件，敏感度由低到高的顺序为：CMOS/SOI、CMOS/SOS、单体硅CMOS、NMOS、I2L、TTL。
本发明设计了与正常交换功能独立的抗SEU设计方法。在保证AFDX交换机正常数据交换及配置管理功能的同时，满足机载AFDX交换机在飞行空间环境中抗SEU的要求。该设计方法保障了在飞行空间存在粒子辐射的环境中机载AFDX交换机工作的安全性和可靠性。该发明可以结合实际需求灵活裁剪和调整，适用范围广，具有良好的应用前景和显著的经济效益。

Claims (9)

1.一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，包含交换引擎和CPU，其特征在于还包含错误检测与纠正模块，用于对从配置端口进入交换引擎的AFDX数据、从配置端口输出的AFDX数据、以及进入CPU完成交换机管理和配置加载的AFDX数据和交换机状态数据进行检验纠错。
2.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于所述错误检测与纠正模块采用海明编码进行读写检验纠错。
3.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于所述CPU带有海明编码检验纠错的总线控制器。
4.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于所述交换引擎采用ASIC器件。
5.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于AFDX交换机中的随机存储器采用静态随机存储器SRAM。
6.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于AFDX交换机中的非易失存储器采用FLASH。
7.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于所述交换引擎中包含带海明编码检测和校正的SRAM控制器。
8.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于所述交换引擎中包含带CRC校验的FLASH控制器。
9.根据权利要求1所述的一种抗单粒子翻转的AFDX交换机，其特征在于AFDX交换机中采用敏感度低的器件。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107682020A (zh) * 2017-10-26 2018-02-09 北京邮电大学 一种基于Turbo码的编码、解码方法及装置
CN115297071A (zh) * 2022-07-15 2022-11-04 中国航空无线电电子研究所 一种arinc664交换机交换引擎对seu和mbu容错设计方法
US11630600B2 (en) 2020-02-03 2023-04-18 Realtek Semiconductor Corporation Device and method for checking register data

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101354666A (zh) * 2008-05-22 2009-01-28 清华大学 微小卫星星载计算机数据存储用的差错检测和纠错系统
CN101551762A (zh) * 2009-05-15 2009-10-07 中国人民解放军国防科学技术大学 具有抗单粒子效应能力的星载处理平台
CN102098216A (zh) * 2010-12-21 2011-06-15 中国航空无线电电子研究所 一种基于共享存储的afdx协议交换引擎

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101354666A (zh) * 2008-05-22 2009-01-28 清华大学 微小卫星星载计算机数据存储用的差错检测和纠错系统
CN101551762A (zh) * 2009-05-15 2009-10-07 中国人民解放军国防科学技术大学 具有抗单粒子效应能力的星载处理平台
CN102098216A (zh) * 2010-12-21 2011-06-15 中国航空无线电电子研究所 一种基于共享存储的afdx协议交换引擎

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107682020A (zh) * 2017-10-26 2018-02-09 北京邮电大学 一种基于Turbo码的编码、解码方法及装置
CN107682020B (zh) * 2017-10-26 2020-09-04 北京邮电大学 一种基于Turbo码的编码、解码方法及装置
US11630600B2 (en) 2020-02-03 2023-04-18 Realtek Semiconductor Corporation Device and method for checking register data
CN115297071A (zh) * 2022-07-15 2022-11-04 中国航空无线电电子研究所 一种arinc664交换机交换引擎对seu和mbu容错设计方法
CN115297071B (zh) * 2022-07-15 2023-10-27 中国航空无线电电子研究所 一种arinc664交换机交换引擎对seu和mbu容错设计方法

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