CN104937881B - 将数据传送到控制设备和/或从控制设备接收数据的输入/输出设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将数据传送到控制设备(12)和/或从控制设备接收数据的输入输出设备(10)，其特征在于，该输入输出设备根据UDP/IP协议，通过以太网类型的物理连接将数据传送到控制设备，输入输出设备通过与以太网物理连接不同的至少一个连接连接到多个数据处理或获取设备，并且其特征在于，输入输出设备包括用于将至少一个其它输入输出设备连接到以太网连接并且用于管理由输入输出设备发送到控制设备的数据的通过以太网连接的发送的装置。

Description

将数据传送到控制设备和/或从控制设备接收数据的输入/输 出设备
技术领域
本发明涉及一种将数据传送到控制设备和/或从控制设备接收数据的输入/输出设备。
背景技术
通常，控制设备具有多个输入/输出。这些输入/输出被集成到控制设备中。
输入/输出的数量根据控制设备的用途极大地改变。
例如，当控制设备被放在航空器中时，控制设备必须能够处理根据多种通信协议由装置的多个零件(item)接收或发送的数据。
另外，当替换控制设备时，航空领域中的安全条件要求厂商或设备制造商进行很多测试，以保证它提供的控制设备的可靠性。这些可靠性测试在经济上非常昂贵并且通常很耗时。
发明内容
本发明的目的在于通过提出一种能够容易地提供用于控制设备的可变数量的输入/输出的输入/输出设备来解决现有技术的缺陷。
为此，根据第一方面，本发明提出一种将数据传送到控制设备和/或从控制设备接收数据的输入/输出设备，其特征在于，该输入/输出设备根据UDP/IP协议，通过以太网类型的物理连接，将数据传送到控制设备，该输入/输出设备通过与以太网物理连接不同的至少一个连接，连接到多个数据处理或获取设备，并且其特征在于，该输入/输出设备包括用于将至少一个其它输入/输出设备连接到以太网连接并且用于管理由输入/输出设备发送到控制设备的数据通过以太网连接的发送的装置。
因此，依据与控制设备通过以太网类型的物理连接通信，输入/输出设备可以与控制设备分离。如果必须对控制设备进行升级或改变，则不必重新鉴定输入/输出设备。从而，减少了与航空电子领域相关的可靠性测试。
另外，通过具有用于连接另一个输入/输出设备的可用装置，对于控制设备可用的输入/输出的数量不限制改变。通过管理由输入/输出设备发送到控制设备的数据的通过以太网连接的发送，仅需要一个以太网连接以用于将控制设备连接到输入/输出。
根据本发明的特定实施方式，输入/输出设备包括用于构造以太网帧的装置、用于分析以太网帧的装置、以及用于存储数据的装置。
因此，控制设备仅需要一种类型的连接用于与根据另一协议和/或传输介质通信的装置通信。简化了用于航空电子应用的控制设备的鉴定。
根据本发明的特定实施方式，用于连接至少一个其它输入/输出设备的装置由交换机构成，交换机允许由输入/输出设备将以太网帧传送到控制设备，或者允许由其它输入/输出设备将以太网帧传送到控制设备。
因此，仅需要一个以太网连接以用于将控制设备连接到输入/输出。
根据本发明的特定实施方式，用于连接至少一个其它输入/输出设备的装置由三态逻辑端口构成，当输入/输出设备不向控制设备传送以太网帧时，该三态逻辑端口被控制为处于高阻抗状态。
因此，仅需要一个以太网连接以用于将控制设备连接到输入/输出。
根据本发明的特定实施方式，用于管理通过以太网连接的发送的装置在由控制设备发送的同步以太网帧的接收之后触发由输入/输出设备到控制设备的以太网帧的传送。
因此，本发明简单地管理以太网帧的传送并且防止冲突。
根据本发明的特定实施方式，用于管理通过以太网连接的发送的装置在由控制设备发送到输入/输出设备中的一个输入/输出设备的以太网帧的接收之后或者在由其它输入/输出设备发送的以太网帧的发送之后触发由输入/输出设备到控制设备的以太网帧的传送。
因此，本发明简单地管理以太网帧的传送并且防止冲突。
根据本发明的特定实施方式，输入/输出设备包括用于选择输入/输出设备向控制设备传送以太网帧的时机的装置。
因此，可以用参数表示输入/输出设备发送以太网帧的顺序。
根据本发明的特定实施方式，用于管理通过以太网帧的发送的装置以由时钟确定的速率，触发由输入/输出设备到控制设备的以太网帧的传送。
因此，本发明简单地管理以太网帧的传送并且防止冲突。
根据本发明的特定实施方式，输入/输出设备包括用于通知其它输入/输出设备该其它输入/输出设备必须通过输入/输出设备向控制设备传送以太网帧的时刻。
因此，本发明简单地管理以太网帧的传送并且防止任何冲突。
根据本发明的特定实施方式，输入/输出设备包括用于从其它输入/输出设备接收输入/输出设备必须通过输入/输出设备向控制设备传送以太网帧的时刻的装置。
因此，本发明简单地管理以太网帧的传送并且防止任何冲突。
本发明还涉及一种包括输入/输出设备和控制设备的系统，输入/输出设备将数据传送到控制设备和/或从控制设备接收数据，其特征在于，输入/输出设备根据UDP/IP协议，通过以太网类型的物理连接，将数据传送到控制设备，输入/输出设备通过与以太网物理连接不同的至少一个连接，连接到多个数据处理或获取设备，输入/输出设备包括用于将至少一个其它输入/输出设备连接到以太网连接并且用于管理由输入/输出设备发送到控制设备的数据通过以太网连接的发送，并且其特征在于，控制设备包括实时操作系统或非实时操作系统。
本发明还涉及一种航空器，其特征在于，所述航空器包括根据本发明的输入/输出设备。
附图说明
本发明的上述特征以及其它特征将根据阅读示例实施方式的以下描述显得更清楚，所述描述与附图相关地给出，其中：
图1示出输入/输出设备与控制设备的互连的示例；
图2a示出通过以太网连接(Ethernet connection)可访问的输入/输出设备的第一示例实施方式；
图2b示出通过以太网连接可访问的输入/输出设备的第二示例实施方式；
图2c示出通过以太网连接可访问的输入/输出设备的第三示例实施方式；
图3a示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第一示例；
图3b示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第二示例；
图3c示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第三示例；
图3d示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第四示例；
图3e示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第五示例；
图4a示出根据互连的第二、第三、第四和第五示例的用于在控制设备和多个输入/输出设备之间传送帧的时序图的第一示例；
图4b示出根据互连的第二、第三、第四和第五示例的用于在控制设备和多个输入/输出设备之间传送帧的时序图的第二示例。
具体实施方式
图1示出输入/输出设备与控制设备的互连的示例。
根据本发明，输入/输出设备10使得控制设备12能够从多种类型的输入/输出接收数据或者能够将数据传送到多种类型的输入/输出。
控制设备12具有实时操作系统或非实时操作系统。控制设备12例如是位于航空器中的装置的零件，控制多个输入/输出接口。
根据本发明，控制设备12通过以太网连接连接到输入/输出设备10。输入/输出接口经由输入/输出设备10被控制。
更具体地，以太网连接是100/1000Mbit/s的以太网类型，并且依赖UDP/IP协议。
根据本发明的实施方式，所述连接可以不是以太网连接。连接的带宽可以适用于支持控制设备12和与其连接的所有输入/输出设备10之间的数据速率。
还应该注意，通过该连接进行的传送以比输入/输出设备10(连接到该连接)的所有输入/输出端口的速率高的速率进行。
数据通过用于直接访问主易失性存储器或者DMA(直接存储器访问)的机构，经由传统以太网端口，由控制设备12从其主易失性存储器直接发送和发出。
输入/输出设备10具有例如根据由航空电子工程委员会(AEEC)开发并维护的标准ARINC 429的至少一个输入/输出接口。
输入/输出设备10具有例如至少一个RS-422输入/输出接口。RS-422是由美国国家标准机构(ANSI)开发的标准ANSI/TIA/EIA-422-B和等效国际推荐ITU-T-T-REC-V.11的简称，还通过术语X.27知晓。
输入/输出设备10具有例如与至少一个传感器和/或一个执行器连接的至少一个二进制接口。
输入/输出设备10具有例如至少一个接口，并且允许接收记录航行器的飞行的数据流。
自然地，输入/输出设备10可以具有根据标准或推荐的除了上述那些之外的其它输入/输出。
输入/输出设备10用作UDP服务器。输入/输出设备10等待包括MAC/IP地址和与输入/输出设备10的端口号码对应的UDP端口号码的帧。
控制设备12用作客户端。控制设备12发起与输入/输出设备10的交换。
控制设备12以以太网/UDP/IP格式从输入/输出设备10接收帧。对于包括从ARINC429端口发布的数据的每个帧，控制设备12分别将数据和与该数据相关联的时间戳同时放到两个表格中。
对于包括从输入/输出设备10的其它端口发布的数据的每个帧，控制设备12将该数据放到FIFO(先入先出)接收存储器中。
控制设备12包括能够使得两个表格和FIFO接收存储器的内容被读取的可应用编程接口。
控制设备12包括在FIFO发送存储器中能够写入的可应用编程接口。
输入/输出设备10从每个ARINC 429和/或RS-422端口接收数据，并且将所接收的数据暂时存储在FIFO接收存储器中。
另外，输入/输出设备10向控制设备12报告在其所有输入端口上的任何接收错误。
图2a示出通过以太网连接可访问的输入/输出设备的第一示例实施方式。
输入/输出设备10由示例实施方式表示，其中，输入/输出设备10包括三个ARINC429和/或RS-422端口以及二进制数据端口。
应该注意，输入/输出设备10是不包括操作系统的电子组件并且以减小至最小需要并足以保证与控制设备12可能包括的所有类型的操作系统的互操作性的方式实现UDP/IP协议。相反，这样的实现方式可以应用在控制设备12中。
当输入/输出设备10被安装在航行器中时，这些特征特别有利。这是因为认证约束在航空领域中非常高。通过生产不同于控制设备12并且没有任何软件操作系统或者包括具有有限功能的操作系统的输入/输出设备10，简化了输入/输出设备10的认证和鉴定，并且即使控制设备12随着时间改变，输入/输出设备10的认证和鉴定仅需要执行一次。
输入/输出设备10包括控制器200，控制器200管理由输入/输出设备10的各种组件(随后将描述)执行的所有操作。
如果控制设备12具有实时操作系统，则控制器200在检测到接收以预定顺序由控制设备12发送并且通过配置器201的至少两个二进制输入(如将关于图4a解释的)指示的同步以太网帧时，控制以太网帧的传送。
如果控制设备12具有实时操作系统，则控制器200控制以太网帧的传送，所述以太网帧按照通过配置器201的至少两个二进制输入(如将关于图4a解释的)指示的预定顺序，通过控制设备12或者通过与输入/输出设备10互连的至少一个其它输入/输出设备10发送。
如果控制设备12具有非实时操作系统，则控制器200当检测到接收以预定顺序由控制设备12发送并且旨在用于输入/输出设备10并且由配置器201的至少两个二进制输入指示的以太网帧时控制与接收的以太网帧的数量相同数量的以太网帧的传送。
输入/输出设备10包括配置器201，根据本发明，配置器201在与控制设备12的点到点操作模式下或者在多个输入/输出设备10连接到同一控制设备12的操作模式下，配置输入/输出设备10。
配置器201使用至少一个二进制输入的逻辑电平，确定哪个配置被选择，并且根据所选配置，配置输入/输出设备10。
配置器201使用至少一个二进制输入的逻辑电平，从连接到控制设备12的其它输入/输出设备10识别输入/输出设备10。
输入/输出设备10包括级联命令202和交换机203。级联命令202使用从配置器201接收的指令控制交换机203。
当远离控制设备12和/或其它输入/输出设备10时，输入/输出设备10可以包括发送物理接口204和接收物理接口244。
根据级联命令202，交换机203使得可以将用于将以太网帧发送到控制设备12的电缆连接连接到用于通过控制设备12发送以太网帧的电缆连接。换句话说，当两个接口203和244包括在输入/输出设备10中时，交换机203将发送接口204的输出S连接到接收物理接口的输入E，或者当两个接口204和244不包括在输入/输出设备10中时，交换机203将输入/输出设备10接收以太网帧所通过的输入E’连接到输入/输出设备发送以太网帧所通过的输出S’。
根据级联命令202，交换机203将构造以太网/UDP/IP帧的组件连接到用于将以太网帧发送到控制设备12的电缆连接。换句话说，交换机203经由或不经由输入/输出设备10将管理MAC层205的模块连接到发送物理接口204。
根据一些实施方式，级联控制202控制三态端口。
输入/输出设备10包括帧构造模块210、管理UDP/IP发送层206和MAC发送层205的模块，它们是构造以太网UDP/IP帧的组件。
帧构造模块210包括帧头构造模块211。帧构造模块210针对每个帧形成头部，头部包括输入/输出设备10和控制设备12的MAC地址、固定字段IPv4、UDP字段和包括以太网标准循环冗余编码的帧FCS字段的结束。
帧构造模块210包括端口寄存器状态模块212。端口寄存器状态模块将每个ARINC429和RS-422端口的输入FIFO存储器的填充水平和每个ARINC 429和RS-422端口的输出FIFO存储器的填充水平插入到帧中。
在图2a的示例中，输入/输出设备10包括ARINC 429类型的第一输入接口230、ARINC 429类型的第二输入接口231、以及RS-422类型的输入接口232。
输入接口230连接到FIFO存储器220，输入接口231连接到FIFO存储器221，并且输入接口232连接到FIFO存储器222。
FIFO存储器220、221和222均连接到包括在帧构造模块210的寄存器模块214中的多个相应的寄存器。
FIFO存储器220、221和222帮助抵抗非实时操作系统中的固有的时序变化。
帧构造模块210还经由模块213连接至寄存器207。模块213存储经由寄存器207从至少一个传感器接收的二进制数据。
输入/输出设备10包括帧分析模块250、用于管理UDP/IP 246和MAC 245接收层的模块，它们是分析从控制设备12接收的以太网/UDP/IP帧的组件。
帧分析模块250包括帧头分析模块251。帧头分析模块251针对所接收的每个帧分析输入/输出设备10和控制设备12的MAC地址、IPv4字段、UDP字段和包括以太网标准循环冗余校验的帧FCS字段的结束，以确定帧是否已被正确地接收。
在目的地MAC地址或者目的地IP地址或者目的地UDP端口号码不是所期望的那些地址或号码的情况下，或者如果FCS是不正确的，则帧分析模块250忽略所接收的帧。
帧分析模块250包括用于随后描述的FIFO 262、261、262的状态的模块252。用于FIFO 260、261、262的状态的模块252存储每个ARINC 429和RS-422端口的输出FIFO存储器260、261、262的填充水平。
FIFO存储器260、261、262帮助抵抗非实时操作系统中固有的时序变化。
在图2a中的示例中，输入/输出设备10包括ARINC 429类型的第一输出接口260、ARINC 429类型的第二输出接口271和RS-422类型的输出接口272。
输出接口270连接至FIFO存储器260，输出接口271连接至FIFO存储器261，并且输出接口272连接至FIFO存储器262。
FIFO存储器260、261、262均连接至包括在帧分析模块250的寄存器模块252中的多个相应的寄存器。
帧分析模块250还通过存储将被发送到至少一个执行器的二进制数据的模块253连接至寄存器247。
帧分析模块250连接至用于管理UDP/IP 246和MAC 245接收层的模块。
输入/输出设备10能够与控制设备12作用，控制设备12利用向输入/输出设备10周期性地(例如，每2ms)发送以太网帧的实时操作系统作用。作为响应，输入/输出设备10将以太网帧发送到控制设备12。
输入/输出设备10能够与控制设备12作用，控制设备12利用向输入/输出设备10非同步地发送以太网帧或以太网帧的突发脉冲的非实时操作系统作用。输入/输出设备10对在所接收的突发脉冲中的以太网帧的数量计数，并且作为响应，将与所接收的以太网帧的数量相同数量的以太网帧发送到控制设备12。
图2b示出通过以太网连接可访问的输入/输出设备的第二示例实施方式。
在图2b中的示例中，除了包括控制以太网帧的传送的时钟280、控制连接到与输入/输出设备10互连的任意输入/输出设备的以太网帧的传送的输出282、以及控制连接到与输入/输出10互连的任意输入/输出设备10的以太网帧的传送的输入281的事实之外，输入/输出设备10由与参照图2a描述的输入/输出设备10相同的元件构成。
传送控制时钟280周期性地生成控制控制器200的信号，使得控制器200控制至少一个以太网帧的传送。如果输入/输出设备与至少一个其它输入/输出设备100互连，则传送控制时钟280周期性地生成控制用于传送至少一个以太网帧的至少一个其它输入/输出设备200的信号。在此应该注意，当输入/输出设备通过传送控制输入281从另一个输入/输出设备10接收传送命令时，传送控制时钟280被无效。
当从传送控制时钟280接收到控制信号时，或者当接收到命令以根据来自配置器201的比特的值通过传送控制输入281传送以太网帧时，控制器200控制以太网帧的传送。
图2c表示通过以太网连接可访问的输入/输出设备的第三示例实施方式。
在图2c的示例中，除了控制器200、配置器201、MAC层管理模块205和245、UDP/IP发送层管理模块206和246、以及物理发送和接收接口204和244与多个帧构造和数据获取组件290和291并且与多个帧分析和数据传送组件293和294相关联的事实之外，输入/输出设备10由与参照图2a描述的输入/输出设备10相同的元件构成。
帧构造和数据获取组件290或291由与参照图2a描述的帧构造模块相同的帧构造模块210、与参照图2a描述的输入接口相同的ARINC 429类型的两个输入接口230和231、与参照图2a描述的输入接口相同的RS-422类型的输入接口232、与参考图2a描述的那些相同的RS-422的输入接口232、与参照图2a描述的FIFO 220、221和222以及寄存器247均相同的FIFO 220、221和222以及寄存器247构成。
帧分析和数据传送组件293或294包括与参照图2a描述的帧分析模块相同的帧分析模块250、与参照图2a描述的输出接口相同的ARINC 429类型的两个输出接口270或271、与参照图2a描述的输出接口相同的RS-422类型的输出接口272、与参照图2a描述的FIFO260、261和寄存器247均相同的FIFO 260、261和寄存器247。
在图2c中仅示出两个帧构造和数据获取组件290和291以及两个帧分析和数据传送组件293和294。自然地，输入/输出设备10可以包括大量帧构造和数据获取组件和/或帧分析和数据传送组件。
图3a示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第一示例。
图3a示出三个输入/输出设备10a、10b和10c连接到同一控制设备12的示例。自然地，当两个或大于三个的数量的输入/输出设备10连接到同一控制设备12时，本发明也可应用。
在第一互连示例中，输入/输出设备10a、10b和10c通过以太网交换机300连接到控制设备12。
该拓扑整体基于全双工类型的连接，并且因此不施加用于控制设备12和多种输入/输出设备10之间的交换的排序约束。
在此应该注意，如果控制设备12具有足够数量的以太网端口，则输入/输出设备10a、10b和10c均连接到控制设备12的相应的以太网端口。
图3b示出通过与控制设备的以太网连接可访问的多个输入/输出设备的互连的第二示例。
图3b示出三个输入/输出设备10a、10b和10c连接到同一控制设备12的示例。自然地，当两个或大于三个的数量的输入/输出设备10连接到同一控制设备12时，本发明也可应用。
在图3b的示例中，输入/输出设备10a、10b和10c被放在同一电子卡上，并且共享同一物理以太网接收接口244和同一物理以太网发送接口204。
为了简单起见，仅示出了输入/输出设备10a的级联控制202a、交换机203a、以及MAC层管理模块205a和245a。同样应用于输入/输出模块10b和10c的级联控制202b和202c、交换机203b和203c、以及MAC层管理模块205b、205c、245b和245c。
在该互连(称为级联)示例中，每个输入/输出设备的级联控制202都根据将参照图4a或图4b描述的时序图控制交换机203。
当输入/输出设备将以太网帧发送到控制模块12时，输入/输出设备10的交换机203将MAC层管理模块205连接到物理以太网发送接口204。其它输入/输出设备10的交换机203被放置在将它们的输入/输出设备10的MAC层管理模块245连接到另一个输入/输出设备10的至少一个MAC层管理模块245的配置中。在图3b的示例中，输入/输出设备10a发送以太网帧，同时输入/输出设备10b和10c不发送任何以太网帧。
输入/输出设备10a的MAC层管理模块连接至输出S’a，输入/输出设备10a的输入E’a连接至输入/输出设备10b的输出S’b，输入/输出设备10b的输入E’b连接至输入/输出设备10c的输出S’c，并且输入/输出设备10c的输入E’c连接至物理接收接口244。图3c示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第三示例。
图3c示出三个输入/输出设备10a、10b和10c连接至同一控制设备12的示例。自然地，当两个或多于三个的数量的输入/输出设备10连接至同一控制设备12时，本发明也可应用。
在图3c的示例中，输入/输出设备10a、10b和10c相互远离。每个输入/输出设备10a、10b和10c都具有物理以太网接收接口244a、244b和244c和物理以太网发送接口204a、204b和204c。
为了简单起见，仅示出输入/输出设备10a的物理以太网接收接口244a、物理以太网发送接口204a、级联控制202a、交换机203和MAC层管理模块205a和245a。同样应用于输入/输出模块10b和10c的物理以太网接收接口244b和244c、物理以太网发送接口204b和204c、级联控制202b和202c、交换机203b和203c、以及MAC层管理模块205b、205c、245b和245c。
在该互连(称为级联)示例中，每个输入/输出设备的级联控制都根据将参照图4a或图4b描述的时序图控制交换机203。
当输入/输出设备将以太网帧发送到控制模块12时，输入/输出设备的交换机203将MAC层管理模块205连接到物理以太网发送接口204。其它输入/输出设备10的交换机203被放置在将它们的输入/输出设备10的MAC层管理模块245连接到它们的输入/输出设备10的物理以太网发送接口204的配置中。
在图3c的示例中，输入/输出设备10a发送以太网帧，同时输入/输出设备10b和10c不发送任何以太网帧。
输入/输出设备10a的MAC层管理模块连接至物理发送接口204，输入/输出设备10a的输入Ea连接至输入/输出设备10b的输出Sb，输入/输出设备10b的输入Eb连接至输入/输出设备10c的输出Sc，并且输入/输出设备10c的输入Ec连接至物理接收接口244。
图3d示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第四示例。
图3d示出三个输入/输出设备10a、10b和10c连接至同一控制设备12的示例。自然地，当两个或大于三个的数量的输入/输出设备10连接至同一控制设备12时，本发明也可应用。
在图3d的示例中，输入/输出设备10a、10b和10c设置在同一电子卡上，并且共享同一物理以太网接收接口244和同一物理以太网发送接口204。
为了简单起见，仅示出了输入/输出模块10a的级联控制202a和MAC层管理模块205a和245a。同样应用于输入/输出设备10b和10c的级联控制202b和202c以及MAC层管理模块205b、205c、245b和245c。
在该互连(被称为双流级联)示例中，MAC层管理模块245a、245b和245c分别通过跟随端口Ba、Bb和Bc连接至物理以太网接收接口244。在发送方向上，每个输入/输出设备10的级联控制202都控制三态端口。当输入/输出设备10不向控制设备10发送帧时，级联控制202使端口的输出处于高阻抗，并且当输入/输出设备10向控制设备12发送帧时，级联控制202控制三态端口使得其处于跟随模式。
级联控制202a控制三态端口BTa，级联控制202b控制三态端口BTb，并且级联控制202c控制三态端口BTc。
交换机203a、203b和203c(在图3d中未示出)分别将MAC层管理模块205a、205b和205c连接至三态端口BTa、BTb和BTc的输入。
三态端口BTa、BTb和BTc的输出一起连接至物理以太网发送接口204。
输入/输出设备10a的输出S’a连接至三态端口BTa的输入，输入/输出设备10b的输出S’b连接至三态端口BTb的输入，并且输入/输出设备10c的输出S’c连接至三态端口BTc的输入。
输入/输出设备10a的输入E’a连接至端口Ba的输出，输入/输出设备10b的输入E’b连接至端口Bb的输出，并且输入/输出设备10c的输入E’c连接至端口Bb的输出。
图3e示出多个输入/输出设备与控制设备的互连的第四示例。
图3e示出三个输入/输出设备10a、10b和10c连接至同一控制设备12的示例。自然地，当两个或大于三个的数量的输入/输出设备10连接至同一控制设备12时，本发明也可应用。
在图3e的示例中，输入/输出设备10a、10b和10c被放在同一电子卡上，并且共享同一物理以太网接收接口244和同一物理以太网发送接口204。
为了简单起见，仅示出输入/输出模块10a的级联控制202a、交换机203’a和MAC层管理模块205a和245a。同样应用于输入/输出模块10b和10c的级联控制202b和202c、交换机203’b和203’c以及MAC层管理模块205b、205c、245b和245c。
在该类型的互连(被称为双流级联)中，MAC层管理模块245a、245b和245c通过表示为用于输入/输出设备10a的E’a、用于输入/输出设备10b的E’b和用于输入/输出设备10c的E’c的连接，连接到物理以太网接收接口244。
每个交换机203’都包括三个端子。第一端子连接至另一个交换机203’的端子或者不被连接。该端子被表示为用于输入/输出设备10a的S”a和用于输入/输出模块10b的S”b。
第二端子连接至MAC层管理模块205。
第三端子连接至物理以太网发送接口204或另一个交换机203’的端子。该端子被表示为用于输入/输出设备10a的S’a、用于输入/输出设备10b的S’b和用于输入/输出设备10c的S’c。
端子S’c连接至端子S”b，端子S’b连接至端子S”a，并且端子S’a连接至物理以太网发送接口204。
当输入/输出设备10向控制模块12发送以太网帧时，输入/输出设备10的交换机203’将MAC层管理模块205连接至另一个交换机203’或者物理以太网发送接口204。
在图3e的示例中，输入/输出设备10c发送帧，并且帧经过交换机203’c、203’b和203’a，以到达物理以太网接收接口244。
图3d和图3d的双流级联模式使得可以放松对由控制设备12发送的帧的等时约束，并且当控制设备12具有非实时操作系统时特别适用。
图4a示出根据互连的第二、第三、第四和第五示例的用于在控制设备和多个输入/输出设备之间传送帧的时序图的第一示例。
在图4a的时序图中，控制设备12具有实时操作系统。
控制设备12在时间T0和T1之间发送以太网广播帧。广播帧Sy旨在用于所有输入/输出设备10，并且提供输入/输出设备10的同步。控制设备12接下来将以太网帧R1发送到输入/输出设备10a，将以太网帧R2发送到输入/输出设备10b，并且将以太网帧R3发送到输入/输出设备10c。
输入/输出设备10a、10b和10c按照通过它们的相应配置器201的至少两个二进制输入指示的预定顺序，对控制设备10进行响应。
输入/输出设备10a在从以太网同步帧Sy的接收时间确定的时间T1和T2之间，将以太网帧E1发送到控制设备12。
输入/输出设备10b在从以太网同步帧S的接收时间确定的时间T2和T3之间，将以太网帧E2发送到控制设备12。
输入/输出设备10c在从以太网同步帧Sy的接收时间确定的时间T3和T4之间，将以太网帧E3发送到控制设备12。然后，在时间T0和T4之间的以太网帧发送循环以相同周期重复。
在参照图3b描述的互连示例中，输入/输出设备10a的交换机203a在位于T1和T2之间的时间周期内，将MAC层管理模块205a连接至输出S’a。
输入/输出设备10a的交换机203a在位于T0和T1之间以及位于T2和T4之间的时间周期内，将输入E’a连接到输出S’a。该配置被称为从输入回到输出的循环，这是由于通过互连达到MAC层管理模块245a的帧被传送到以太网连接的输出。
输入/输出设备10b的交换机203b在位于T2和T3之间的时间周期内，将MAC层管理模块205b的输入连接至输出S’b。输入/输出设备10b的交换机203b在位于T0和T2之间以及位于T3和T4之间的时间周期内，将输出S’b连接到输入E’b。
输入/输出设备10b的交换机203b在位于T2和T3之间的时间周期内，将MAC层管理模块205b的输入连接到输出S’b。输入/输出设备10b的交换机203b在位于T0和T2之间以及位于T3和T4之间的时间周期内，将输出S’b连接到输入E’b。
输入/输出设备10c的交换机203c在位于T3和T4之间的时间周期内，将MAC层管理模块205c的输入连接到输出S’c。输入/输出设备10c的交换机203c在位于T0和T3之间的时间周期内，将输出S’c连接到输入E’c。
在参照图3c描述的互连示例中，输入/输出设备10a的交换机203a在位于T1和T2之间的时间周期内，将MAC层管理模块205a连接到输出Sa。
输入/输出设备10a的交换机203a在位于T0和T1之间以及位于T2和T4之间的时间周期内，将输入Ea连接到输出Sa。
输入/输出设备10b的交换机203b在位于T2和T3之间的时间周期内，将MAC层管理模块205b的输入连接到输出Sb。输入/输出设备10b的交换机203b在位于T0和T2以及T3和T4之间的时间周期内，将输出Sb连接到输入Eb。
在参照图3d描述的互连示例中，交换机203a、203b和203分别将各个MAC管理模块205a、205b和205c永久地连接至输出S1a、S’b和S’c。
级联控制模块202a控制端口BTa，使得由MAC层管理模块205a传送的一个或多个帧在位于T1和T2之间的时间周期内，被传送到物理以太网发送接口204。
级联控制202a在从T0至T1和T2至T4的时间周期内，使三态端口BTa处于高阻抗状态。
级联控制模块202b控制端口BTb，使得由MAC层管理模块205b传送的一个或多个帧在位于T2和T3之间的时间周期内，被传送到物理以太网发送接口204。
级联控制202b在从T0至T1和T2至T4的时间周期内，使三态端口BTb处于高阻抗状态。
级联控制模块202c控制端口BTc，使得由MAC层管理模块205c传送的一个或多个帧在位于T3和T4之间的时间周期内，被传送到物理以太网发送接口204。
级联控制202c在位于T0和T3之间的时间周期内，使三态端口BTc处于高阻抗状态。
在参照图3e描述的互连示例中，输入/输出设备10a的交换机203’a在位于T1和T2之间的时间周期内，将MAC层管理模块205a连接到物理以太网发送端口204，并且在位于T0和T1之间以及位于T2和T4之间的时间周期内，将S’a连接到S”a。
输入/输出设备10b的交换机203’b在位于T2和T3之间的时间周期内，将MAC层管理模块205b连接到S’b，并且在位于T0和T2之间以及位于T3和T4之间的时间周期内连接S’b和S”b。
输入/输出设备10c的交换机203’c仅在位于T3和T4之间的时间周期内，将MAC层管理模块205c连接至S’c。
图4b示出根据互连的第二、第三、第四和第五示例的用于在控制设备和多个输入/输出设备之间传送时序图的第二示例。
在图4b中的时序图中，控制设备10具有实时的或非实时的操作系统。
不像图4a中的时序图那样，控制设备12不发送任何同步以太网帧。
控制设备12在时间T0和T1之间将至少一个以太网帧R1发送到输入/输出设备10a，将至少一个以太网帧R2发送到输入/输出设备10b，并且将至少一个以太网帧R3发送到输入/输出设备10c。
输入/输出设备10a、10b和10c按照通过配置器201的至少两个二进制输入指示的预定顺序，对控制设备12进行响应。
当输入/输出设备10a在时间T’1检测到到输入/输出设备10c的以太网帧或帧的突发脉冲的发送结束时，输入/输出设备10a将至少一个以太网帧E1发送到控制设备12。
当输入/输出设备10b在时间T’2探测到输入/输出设备10a到控制设备12的以太网帧或帧的突发脉冲的发送结束时，输入/输出设备10b将至少一个以太网帧E2发送到控制设备12。
当输入/输出设备10c在时间T’3探测到输入/输出设备10a到控制设备12的以太网帧或帧的突发脉冲的发送结束时，输入/输出设备10c将至少一个以太网帧E3发送到控制设备12。
当控制设备12探测到输入/输出设备10c到控制设备12的以太网帧或帧的突发脉冲的发送结束时，控制设备12可以重新开始发送以太网帧。
在参照图3b描述的互连示例中，输入/输出设备10a的交换机203a在位于T’1和T’2之间的时间周期内，将MAC层管理模块205a连接至输出S’a。
输入/输出设备10a的交换机203a在位于T’0和T’1之间以及位于T’2和T’4之间的时间周期内，将输入E’a连接到输出S’a。该配置被称为从输入回到输出的循环，这是因为通过以太网连接到达MAC层管理模块245a的帧被传送到以太网连接的输出。
输入/输出设备10b的交换机203b在位于T’2和T’3之间的时间周期内，将MAC层管理模块205b的输入连接到输出S’b。输入/输出设备10b的交换机203b在位于T’0和T’2以及位于T’3和T’4之间的时间周期内将输出S’b连接到输入E’b。
输入/输出设备10c的交换机203c在位于T’3和T’4之间的时间周期内，将MAC层管理模块205c的输入连接到输出S’c。输入/输出设备10c的交换机203c在位于T’0和T’3之间的时间周期内，将输出S’c连接到输入E’c。
在参照图3c描述的互连示例中，输入/输出设备10a的交换机203a在位于T’1和T’2之间的时间周期内，将MAC层管理模块205a连接到输出Sa。
输入/输出设备10a的交换机203a在位于T’0和T’1之间以及位于T’2和T’4之间的时间周期内，将输入Ea连接到输出Sa。
输入/输出设备10b的交换机203b在位于T2和T3之间的时间周期内，将MAC层管理模块205b的输入连接到输出Sb。输入/输出设备10b的交换机203b在位于T’0和T’2之间以及位于T’3和T’4之间的时间周期内，将输出Sb连接到输入Eb。
输入/输出设备10c的交换机203c在位于T’3和T’4之间的时间周期内，将MAC层管理模块205c的输入连接到输出Sc。输入/输出设备10c的交换机203c在位于T’0和T’3之间的时间周期内将输出Sc连接到输入Ec。
在参照图3d描述的互连示例中，交换机203a、203b和203分别将各个MAC层管理模块205a、205b和205c永久地连接到输出S1a、S’b和S’c。
级联控制模块202a控制端口BTa，使得由MAC层管理模块205a传送的一个或多个帧在位于T’1和T’2之间的时间周期内，被传送到物理以太网发送接口204。
级联控制模块202a在位于T’0和T’1之间以及位于T’2和T’4之间的时间周期内，使三态端口BTa处于高阻抗状态。
级联控制模块202b控制端口BTb，使得由MAC层管理模块205b传送的一个或多个帧在位于T’2和T’3之间的时间周期内，被传送到物理以太网发送接口204。
级联控制模块202b在位于T’0和T’1之间以及位于T’3和T’4之间的时间周期内，使三态端口BTb处于高阻抗状态。
级联控制模块202c控制端口BTc，使得由MAC层管理模块205c传送的一个或多个帧在位于T’3和T’4之间的时间周期内，被传送到物理以太网发送接口204。
级联控制模块202b在位于T’0和T’3之间的时间周期内，使三态端口BTb处于高阻抗状态。
在参照图3e描述的互连示例中，输入/输出设备10a的交换机203’a在位于T’1和T’2之间的时间周期内，将MAC层管理模块205a连接到物理以太网发送接口204，并且在位于T’0和T’1之间以及位于T’2和T’4之间的时间周期内，将S’a连接至S”a。
输入/输出设备10b的交换机203’b在位于T’2和T3之间的时间周期内，将MAC层管理模块205b连接到S’b，并且在位于T’0和T’2之间并且在T’3和T’4之间的时间周期内连接S’b和S”b。
输入/输出设备10c的交换机203’c仅在位于T’3和T’4之间的时间周期内，将MAC层管理模块205c连接至S’c。
自然地，本发明决不限于在此描述的实施方式，而是正相反，包括本领域技术人员能力内的任何改变以及特别是本发明的多种实施方式的组合。

Claims (12)

1.一种输入/输出设备，所述输入/输出设备将数据传送到控制设备和/或从控制设备接收数据，通过用于直接访问易失性存储器的机构发送来自所述易失性存储器的数据，其特征在于：所述输入/输出设备根据UDP/IP协议，通过以太网类型的物理连接，将所述数据传送到所述控制设备，所述输入/输出设备通过与以太网物理连接不同的至少一个连接，连接到多个数据处理或获取设备，所述输入/输出设备包括MAC层管理模块和用于将所述MAC层管理模块连接到以太网物理发送接口的装置，用于将所述MAC层管理模块连接到所述以太网物理发送接口的所述装置能够将至少一个其它输入/输出设备的MAC层管理模块连接到所述以太网物理发送接口，以将所述至少一个其它输入/输出设备连接到以太网连接，并且所述输入/输出设备包括用于管理由所述输入/输出设备发送到所述控制设备的数据的通过所述以太网连接的发送的装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述输入/输出设备包括用于构造以太网帧的装置、用于分析以太网帧的装置、以及用于存储数据的装置。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述用于将所述MAC层管理模块连接到以太网物理发送接口的装置由交换机构成，所述交换机允许通过所述输入/输出设备将以太网帧传送到所述控制设备，或者允许通过所述其它输入/输出设备将以太网帧传送到所述控制设备。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述用于将所述MAC层管理模块连接到以太网物理发送接口的装置由三态逻辑门构成，当所述输入/输出设备不向所述控制设备传送任何以太网帧时，所述三态逻辑门被控制为处于高阻抗状态。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用于管理通过所述以太网连接的发送的装置在由所述控制设备发送的同步以太网帧的接收之后触发由所述输入/输出设备到所述控制设备的以太网帧的传送。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用于管理通过所述以太网连接的发送的装置在由所述控制设备发送到所述输入/输出设备中的一个输入/输出设备的以太网帧的接收之后或者在由所述其它输入/输出设备发送的以太网帧的发送之后触发由所述输入/输出设备到所述控制设备的以太网帧的传送。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述输入/输出设备包括用于选择所述输入/输出设备向所述控制设备传送所述以太网帧的时机的装置。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用于管理通过所述以太网连接的发送的装置以由时钟预先确定的速率，触发由所述输入/输出设备到所述控制设备的以太网帧的传送。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：用于通知所述其它输入/输出设备该其它输入/输出设备要通过所述输入/输出设备向所述控制设备传送以太网帧的时刻。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：用于从所述其它输入/输出设备接收该输入/输出设备要通过所述输入/输出设备向所述控制设备传送以太网帧的时刻的装置。
11.一种包括输入/输出设备和控制设备的系统，所述输入/输出设备将数据传送到控制设备和/或从所述控制设备接收数据，通过用于直接访问易失性存储器的机构发送来自所述易失性存储器的所述数据，其特征在于，所述输入/输出设备根据UDP/IP协议，通过以太网类型的物理连接将所述数据传送到所述控制设备，所述输入/输出设备通过与以太网物理连接不同的至少一个连接，连接到多个数据处理或获取设备，所述输入/输出设备包括MAC层管理模块和用于将所述MAC层管理模块连接到以太网物理发送接口的装置，用于将所述MAC层管理模块连接到所述以太网物理发送接口的所述装置能够将至少一个其它输入/输出设备的MAC层管理模块连接到所述以太网物理发送接口，以将所述至少一个其它输入/输出设备连接到以太网连接，并且所述输入/输出设备包括用于管理由所述输入/输出设备发送到所述控制设备的数据的通过所述以太网连接的发送的装置。
12.一种航行器，其特征在于，所述航行器包括根据权利要求11所述的系统。
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