CN108462654B - 增强型gjb289a总线通信管理和调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机载网络通信技术，是对传统GJB289A总线通信管理和调度策略的一种改进方法。本发明在传统GJB289A总线通信管理的基础上，增加对突发事件或消息的传输处理和调度的一种方法。增强的GJB289A通信管理和调度方法具有以下优点：总线负载实时动态调节性：通过对突发消息采取实时管理和控制为总线负载的实时动态调节提供实现的依据；减小传输延迟和抖动：通过实时、动态的调整总线负载能够有效的减小传输延迟和积累抖动。确保拆分数据传输次序的一致性，对于大数据的拆分传输可确保数据的发送和接收顺序一致；灵活性和高效性：为应用层软件处理突发事件提供有效的处理机制。

Description

增强型GJB289A总线通信管理和调度方法

技术领域：

本发明属于机载网络通信技术，是对传统GJB289A总线通信管理和调度机制的一种改进和实现方法。

背景技术：

从20世纪70年代开始，随着航电系统从分布式模拟结构向分布式数字结构演变，航电数据总线跟随者由ARINC429/ARINC629总线向MIL-STD-1553B/1773过渡。新数据总线的使用，大大改善了飞机的通信性能，航空、航天、船舶等越来越多的领域采用GJB289A数据总线构架通信网络，GJB289A数据总线技术日渐成熟并被广泛应用。

GJB289A数据总线全称为数字时分命令/响应式多路数据总线，其特点是集中控制，分布处理，作为总线的唯一控制者总线控制器(简称BC)一方面负责总线通信任务的调度和管理；另一方面承担总线连接的各个远程终端(简称RT)的上下网管理以及总线周期任务的管理和控制。

针对总线通信任务的调度和管理，BC通信软件以系统提供的配置文件---总线表为依据，结合航电任务的需求，遵循GJB289A标准实现顶层应用层软件对GJB289A数据总线通信任务的调度和管理。

针对总线上连接的各远程终端RT的上下网管理以及周期任务的管理和控制，BC通信软件根据航电任务的需求，遵循GJB289A标准实现GJB289A数据总线的网络上网和下网管理功能。

但是，随着计算机性能的提高、武器装备的多样化以及加装数据链等因素的影响，航电GJB289A总线通信负载显著增加，传统的管理模式在总线任务调度管理中出现了以下问题：

a.顶层应用层软件处理突发事件数据包时总线传输延迟较大，实时传输需求有待改善；

b.经发送节点拆分的数据包传输到接收节点后无法保证数据包总线传输顺序的一致性；

c.积累传输的延迟和抖动凸显。

本专利针对GJB289A总线通信的以上问题，提出一种增强型GJB289A总线通信管理和调度方法，实现总线负载的实时动态调节、有效减小总线积累传输的延迟和抖动，确保总线数据传输次序的一致性，可满足现有飞机的改进和升级。

发明内容：

本发明的目的是：提供一种增强型GJB289A总线通信管理和调度方法，该方法能够实现总线负载的实时动态调节，减小总线积累传输的延迟和抖动，有效确保总线数据传输次序的一致性，为应用层软件处理总线突发事件提供灵活高效性的实现手段。

本发明的技术解决方案：

增强型GJB289A总线通信管理和调度方法，本方法包括：

本方法使用三条队列：突发消息管理队列、网络管理消息队列、应用任务消息队列，设置各队列的优先级，突发消息管理队列优先级最高，网络管理消息队列优先级次之，应用任务消息队列优先级最低。按照队列优先级从高到低的原则实现三条队列的统一调度。

本方法对不同消息构成的队列采取独立管理和维护的模式。队列根据消息的功能划分，采用链表结构，队列的成员由消息构成，各队列相对独立分别进行管理和维护。

本方法提供了队列的建立，队列成员的插入以及队列成员的删除管理和控制方法。

突发消息队列在初始化建立时所有单元内容全部清为零，表示空状态；当前读/写指针均指向链表的起始地址。当队列的成员需要插入时，首先，读取当前写指针单元的内容，判断该内容是否为零，如果为零，执行第二步，否则表示突发消息队列溢出放弃后续处理；第二步，根据当前写指针填充插入消息块的起始地址；最后，修改当前写指针。当队列的成员需要删除时，首先，根据当前读指针将该单元内容清零；然后，修改当前读指针。

本方法针对通信过程中的突发消息提供了应对这类消息尽快、尽早传输的管理和控制方法，同时为总线传输冲突消息提供了解决方法。

突发消息分为两类，一类由应用层软件触发的消息；一类因总线发送冲突而产生的消息。

应用层软件触发的突发消息属于应用任务消息队列，这类消息包括：要求紧急处理的突发消息和可停止总线传输或启动总线传输的消息。

针对应用层软件触发的突发消息，本方法设计了一组API接口，包括消息启动传输接口、消息停止传输接口，该接口能够激励消息的启动总线传输或停止总线传输的功能。

因总线发送冲突而产生的消息属于突发消息管理队列，需要将即将传输的周期消息插入到突发消息管理队列中进行缓存，对故障消息进行重传处理；当重传处理结束后再对缓存在突发消息管理队列的周期消息进行传输处理，并在传输结束后将该周期消息从突发消息管理队列中删除。

本发明具有的优点效果是：增强型GJB289A总线通信管理和调度方法具有以下优点：

总线负载实时动态调节性：对于突发消息的实时管控，特别是对突发的周期消息的实时启动发送和停止发送功能，实现了总线负载的实时动态调节，有效地提高了总线传输的效率。

减小传输延迟和降低积累传输的抖动：通过实时、动态的调整总线负载能够有效的减小传输延迟。在传统的管理机制下总线的最大传输延时为25us，采用此方法后总线的最大传输延时可减小到12.5us以内；减小传输延迟的同时，可降低因延迟而积累的传输抖动。

灵活性和高效性：该方法为顶层应用层软件提供了更为灵活、方便的任务消息的启动发送和停止发送功能实现策略，为应用层软件处理突发事件提供了高效、可控的实现途径。

拆分数据传输次序的一致性：对于较大数据包的拆分和组合过程可有效性确保数据传输次序的一致性。较大数据包经发送方拆分后依次分包进行发送，该方法可确保接收方从总线接收到的数据包的先后次序与发送方发送到总线的数据包的次序一致，从而确保数据传输次序的一致性。

附图说明

图1队列统一管理调度流程图。

图2突发消息队列管理结构图。

图3消息统一调度管理模型图。

具体的实施方式

增强型GJB289A总线通信管理和调度方法设置各队列的优先级：突发消息管理队列优先级最高，网络管理消息队列优先级次之，应用任务消息队列优先级最低。GJB289A总线为串行数据总线，所有消息均按照串行的顺序依次发送到总线。当调度消息总线发送时，增强型GJB289A总线通信管理和调度方法要求按照队列优先级从高到低的原则，对各队列中的消息进行查询并实施统一调度。

增强型GJB289A总线通信管理和调度方法对不同消息构成的队列采取独立管理和维护的模式。队列根据消息的功能划分，采用链表结构，队列的成员由消息构成，各队列相对独立分别进行管理和维护。

增强型GJB289A总线通信管理和调度方法提供了队列的建立，队列成员的插入以及队列成员的删除管理和控制方法。

增强型GJB289A总线通信管理和调度方法针对通信过程中的突发消息提供了处理这类消息的管理和控制方法，即满足应用层软件对突发消息尽快、尽早传输的需求，还可实现总线传输负载的实时动态调节，有效提高了总线传输的利用率。增强型GJB289A总线通信管理和调度方法对于总线传输冲突消息提供了解决方法。

该方法的具体实施方式如下：

1.三条队列的统一调度

增强型GJB289A总线通信管理和调度方法设计了三种消息队列：突发消息管理队列、网络管理消息队列、应用任务消息队列，在三个队列中突发消息管理队列优先级最高，网络管理消息队列优先级次之，应用任务消息队列优先级最低。GJB289A总线为串行数据总线，所有消息均按照串行的顺序依次发送到总线。增强型GJB289A总线通信管理和调度方法要求对三条队列的所有消息按照优先级依次查询，并将满足发送条件的消息启动发送操作。具体查询过程如下：首先，查询突发消息管理队列是否为空，如果不空，从队列的头部获取最早插入的消息并启动发送操作；如果突发消息管理队列为空，则对网络管理消息队列中的消息逐一进行检测，检测队列中是否有满足发送条件的消息，如果有则启动发送操作；如果未检测到满足发送条件的消息则需要对应用任务消息队列进行检测，并对满足发送条件的消息启动发送操作，以上操作流程如图1说明。

2.各队列的独立管理和维护

网络管理消息队列初始化时建立，在总线通信过程中与其它两条队列一起统一调度；应用任务消息队列由应用层软件提前建立，在初始化时加载到指定存储空间，在总线通信过程中与其它两条队列一起统一调度；以上两个队列中的成员都是固定的，不会发生成员的插入和删除操作，在同一调度中需要根据总线运行情况实时、动态的完成启动发送操作和关闭发送操作功能。突发消息管理队列是在总线通信过程中，根据通信的状态和应用任务的需求动态组建，该队列的成员为突发性的、要求尽可能快的实现总线传输的消息块，因此该队列的成员需要实现动态插入和删除管理。突发消息管理队列成员的插入采用追加的管理方式，成员的删除遵循先进先出的管理模式。

3.突发消息队列的建立、成员的插入和删除管理

突发消息队列采用链表指针结构，其管理结构如图3所示。为了有效利用存储空间，突发消息队列采用存储空间环绕的管理方式。

突发消息队列在初始化建立时所有单元内容全部清为零，表示空状态；当前读/写指针均指向链表的起始地址。

当队列的成员需要插入时，首先，读取当前写指针单元的内容，判断该内容是否为零(成员是否为空)，如果为零，执行第二步，否则表示突发消息队列溢出放弃后续处理，所以在设计时需要考虑突发事件或消息的最大需求；第二步，根据当前写指针填充插入消息块的起始地址；最后，修改当前写指针，修改的具体方法为：当前写指针增加一个地址单元，判断修改后的写指针是否超出链表的结束地址，如果已超出，则需要将当前写指针调整到链表的起始地址，实现指针的环绕管理。至此，完成一次队列成员插入的完整操作。

当队列的成员需要删除时，首先，根据当前读指针将该单元内容清零；然后，修改当前读指针，修改的具体方法为：当前读指针增加一个地址单元，判断修改后的读指针是否超出链表的结束地址，如果已超出，则需要将当前读指针调整到链表的起始地址，实现指针的环绕管理。至此，完成一次队列成员删除的完整操作。

4.突发消息的管理和控制

突发消息分为两类，一类由应用层软件触发的消息；一类因总线发送冲突而产生的消息。

应用层软件触发的突发消息属于应用任务消息队列，这类消息包括：一种为因通信任务需求产生的要求紧急处理的突发消息，该消息如果按照正常的调度流程可能不能满足通信任务的传输要求；一种为在总线通信负载较大或较小的情况下，为了提高总线传输效率，可停止总线传输或启动总线传输的消息。

因总线发送冲突而产生的消息属于突发消息管理队列，这类消息原本属于网络管理消息队列成员，主要为周期性传输消息，当这类消息满足周期要求需要进行总线传输时，与刚完成总线传输但是存在传输故障的消息需要重试传输的消息发送冲突，这时，需要将即将传输的周期消息插入到突发消息管理队列中进行缓存，对故障消息进行重传处理；当重传处理结束后再对缓存在突发消息管理队列的周期消息进行传输处理，并在传输结束后，将该周期消息从突发消息管理队列中删除。

针对应用层软件触发的突发消息增强型GJB289A总线通信管理和调度方法设计了一组API接口，包括消息启动传输接口、消息停止传输接口，该接口能够激励消息的启动总线传输或停止总线传输的功能。这组API接口不仅可满足通信任务尽快、尽早的传输要求，还可以实现总线负载的动态调节，有效提高总线的传输效率。例如对于顶层应用层软件大数据的拆分传输，为了确保接收节点从总线接收的拆分数据包的顺序与发送节点发送的拆分数据包的顺序一致，应用层软件可通过该API接口确保数据包的传输要求；此外，当总线负载较大时，应用任务可根据实际使用的需求，停止部分消息的传输，当总线负载较小时，可以启动部分消息的传输，实现了总线传输负载的实时动态调节，有效提高了总线传输的利用率。

针对因总线发送冲突而产生的消息增强型GJB289A总线通信管理和调度方法通过突发消息管理队列进行缓存管理,这种管理方式会导致突发消息的延迟，这种延迟最坏情况为消息的一次启动发送时间，该时间由处理器速度决定，当处理器采用速度最慢的单片机80186时，延迟大概需要500us左右，当处理器采用速度较快的DSP时，延迟大概需要200us左右，对于速度更快的其它处理器延迟时间更短。

实施例：

应用任务消息队列由应用层软件提前建立，该队列由任务消息1、任务消息2、任务消息3、任务消息4和任务消息5共5个成员组成，在初始化时加载到指定的存储空间。

网络管理消息队列初始化时建立，该队列包括周期消息1和周期消息2两个成员。

突发消息管理队列在总线通信过程中，根据通信的状态和应用任务的需求动态组建。

当总线开始通信时，任务消息1、任务消息2和周期消息1正常启动总线传输。

任务消息3在传输中发生故障，此时周期消息2应被调度，按照本方法首先需要将周期消息2插入到突发消息管理队列并定义为突发消息1，然后启动任务消息3的重传处理；当任务消息3重传处理结束后，启动突发消息管理队列中的突发消息1的传输，该突发消息传输结束将该消息从突发消息管理队列中删除。

按照应用任务消息队列的配置，此时应该启动任务消息4的总线传输，此时应用层软件根据通信任务要求通过调用启动总线传输的API接口激励任务消息5提前传输，接着任务消息4正常启动总线传输。

以上实现了应用任务消息队列、网络管理消息队列、突发消息管理队列三个队列按照优先级统一调度总线传输的整个过程，该过程的管理模型如图3说明。

Claims (4)

1.增强型GJB289A总线通信管理和调度方法，其特征是，本方法包括：

本方法使用三条队列：突发消息管理队列、网络管理消息队列、应用任务消息队列，设置各队列的优先级，突发消息管理队列优先级最高，网络管理消息队列优先级次之，应用任务消息队列优先级最低；按照队列优先级从高到低的原则实现三条队列的统一调度；

本方法对不同消息构成的队列采取独立管理和维护的模式；队列根据消息的功能划分，采用链表结构，队列的成员由消息构成，各队列相对独立分别进行管理和维护；

本方法提供了队列的建立，队列成员的插入以及队列成员的删除管理和控制方法；

本方法针对通信过程中的突发消息提供了应对这类消息尽快、尽早传输的管理和控制方法，同时为总线传输冲突消息提供了解决方法；

突发消息分为两类，一类由应用层软件触发的消息；一类因总线发送冲突而产生的消息；

应用层软件触发的突发消息属于应用任务消息队列，这类消息包括：要求紧急处理的突发消息和可停止总线传输或启动总线传输的消息；

针对应用层软件触发的突发消息，本方法设计了一组API接口，包括消息启动传输接口、消息停止传输接口，该接口能够激励消息的启动总线传输或停止总线传输的功能；所述API接口不仅可满足通信任务尽快、尽早的传输要求，还可以实现总线负载的动态调节，有效提高总线的传输效率；

因总线发送冲突而产生的消息属于突发消息管理队列，需要将即将传输的周期消息插入到突发消息管理队列中进行缓存，对故障消息进行重传处理；当重传处理结束后再对缓存在突发消息管理队列的周期消息进行传输处理，并在传输结束后将该周期消息从突发消息管理队列中删除。

2.如权利要求1所述的增强型GJB289A总线通信管理和调度方法，其特征是，

突发消息队列在初始化建立时所有单元内容全部清为零，表示空状态；当前读/写指针均指向链表的起始地址。

3.如权利要求1所述的增强型GJB289A总线通信管理和调度方法，其特征是，

当队列的成员需要插入时，首先，读取当前写指针单元的内容，判断该内容是否为零，如果为零，执行第二步，否则表示突发消息队列溢出放弃后续处理；第二步，根据当前写指针填充插入消息块的起始地址；最后，修改当前写指针。

4.如权利要求1所述的增强型GJB289A总线通信管理和调度方法，其特征是，

当队列的成员需要删除时，首先，根据当前读指针将单元内容清零；然后，修改当前读指针。

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