CN109525316A - 一种fc-ae-5643光纤总线设计方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种FC‑AE‑5643光纤总线设计方法，其特征在于，通过将AS5643异步流包格式映射成FC数据包格式，将SAE AS5643总线映射到FC网络，形成FC‑AE‑5643协议，以统一航电网络和飞控网络，从而提供统一的网络接口、网络规划和网络构型。本发明的FC‑AE‑5643光纤总线设计方法降低了网络使用复杂度，减轻网络重量、功耗、成本，增强了网络传输可靠性。

Description

一种FC-AE-5643光纤总线设计方法
技术领域
本发明涉及机载网络通信技术，具体地涉及到将FC网络和SAE AS5643总线统一的设计方法，适用于需要统一网络的机载系统。
背景技术
光纤通道FC技术具有传输速率高、传输距离远、拓扑连接关系灵活、传输可靠性高等一系列优点，经常应用于机载航电系统。SAE AS5643总线协议是汽车工程协会(SAE)对IEEE 1394b总线进行局部限定，增加了可靠性和确定性，形成的总线协议，多用于机载飞控系统。航电系统和飞控系统作为飞机两大必备系统，采用不同数据总线，系统间通过GPIO设备进行数据通信。网络的不统一增加了用户接口的复杂度，增大了机载设备研发和维护成本，且SAE AS5643总线传输介质采用铜缆，传输距离短、重量大、传输可靠性低。
为了降低用户使用复杂度，增加传输距离、传输可靠性、提高传输速率，降低功耗、重量、成本，基于光纤通道支持多种上层通信标准和网络协议在FC同一物理接口上运行的特点，提出一种FC网络和SAE AS5643总线的统一设计方法。
发明内容
本发明的目的：设计一种可以同时适用于航电系统和飞控系统机载网络的新型FC-AE-5643光纤网络。
本发明的技术方案：
通过本发明的FC-AE-5643光纤总线设计方法实现上述目的，在所述方法中，通过将AS5643异步流包格式映射成FC数据包格式，将SAE AS5643总线映射到FC网络，形成FC-AE-5643协议，以统一航电网络和飞控网络，从而提供统一的网络接口、网络规划和网络构型。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，可以将SAE AS5643协议映射到FC-4层协议，保持FC-0、FC-1、FC-2、FC-3层协议不变，从而保证航电系统与飞控系统采用统一的交换式网络架构。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，FC-AE-5643协议可以取消SAE AS5643总线采用STOF包进行时间同步的机制，统一采用FC网络的RTC时间同步机制。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，节点可以利用FC-AE-5643协议从网络获取同步时间，并根据自身预先存储的时间偏移表，按照预定偏移时间进行发送和接收。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，可以通过如下过程获得FC-AE-5643协议数据帧格式：将FC数据区24B帧头的目的ID和源ID由SAE AS5643的通道ID和节点ID取代；将AS5643数据包1394包头中的数据长度和数据包头/数据CRC校验字段取消；将AS5643ASM帧头映射到FC-AE-ASM的ASM帧头字段，将AS5643数据包中的负载数据区和包尾映射到FC的有效数据区，并将AS5643数据帧中的数据CRC字段直接映射到FC的CRC校验字段，其余字段保留FC原数据帧格式；当需要被映射的AS5643数据包长度超出2096B光纤通道有效数据区长度时，将AS5643数据包映射为连续的多个FC数据包并组帧。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，在将FC数据区24B帧头的目的ID和源ID由SAE AS5643的通道ID和节点ID取代时，通道ID可以由原来的6bit扩充到24bit，表示范围由0～63扩充到0～16777215；节点ID由原来的16bit扩充到24bit；其中高10bit表示总线ID，其余bit表示物理ID，使得其物理规模由原来的最多64个节点扩充到最大支持16384个节点。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，在将AS5643数据包中的负载数据区和包尾映射到FC的有效数据区时，可以保留SAE AS5643总线的健康检测手段，将健康监控字、心跳、数据负载、包尾填充到有效负载区字段，并保留SAE AS5643的纵向奇偶校验，以保证飞控系统数据物理层与应用层之间数据传输的完整性。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，包尾可以包含STOF发送偏移、STOF接收偏移、STOF测试码偏移和纵向奇偶校验。
在上述FC-AE-5643光纤总线设计方法中，在将AS5643ASM帧头映射到FC-AE-ASM的ASM帧头字段时，可以根据FC帧头的TYPE字段区分FC-AE-ASM数据帧和FC-AE-5643数据帧，针对不同数据帧采用不同的驱动处理方式，以适应不同系统的网络应用需求。
如上所述，本发明的FC-AE-5643光纤总线设计方法主要包括如下方面：
本发明针对光纤通道FC技术支持上层应用协议到FC-4层映射的特点，将SAEAS5643上层协议映射到光纤通道，形成新型统一FC-AE-5643光纤网络。
FC-AE-5643网络保留FC网络数据帧格式，并支持SAE AS5643异步流包类型，将异步流包数据帧格式映射到FC数据帧。改变SAE AS5643总线采用固定速率STOF包进行同步的机制，采用FC网络RTC时间同步机制，网络可达到微秒级同步效果。FC-AE-5643网络应用从各网络设备获取同步时间，并根据节点自身保存的时间偏移表，获取偏移时间数据进行发送、接收。
FC-AE-5643网络与FC-AE-ASM网络都属于FC网络，向上对用户提供统一的ASM通信接口，统一的消息ID编排，供用户统一规划航电网络和飞控网络业务；向下提供统一的光纤网络结构，支持交换式、总线型、环型、点对点等。同时，将SAE5643总线通道ID和节点ID映射到FC数据帧结构中时，通道ID由原来的6bit扩充到24bit，表示范围由0～63扩充到0～16777215；节点ID由原来的16bit扩充到24bit，其中高10bit表示总线ID，其余bit表示物理ID，因此其物理规模由原来的最多64个节点，扩充到最大支持16384个节点，扩大了业务规模和节点规模。
为保证飞控系统数据物理层与应用层之间数据传输的完整性和健康检测方式，保留SAE AS5643的纵向奇偶校验(VPC)、健康状态字和心跳字段。FC帧头的TYPE字段区分FC-AE-ASM数据帧和FC-AE-5643数据帧，不同数据帧，采用不同的驱动处理方式，以适应不同系统的网络应用需求。
本发明具有的优点效果：将航电系统与飞控系统网络统一，降低用户使用复杂度，降低研发和维护成本，降低机载网络重量、功耗，增强传输可靠性。
附图说明
将参考附图详细描述本发明，其中：
图1示出航电系统与飞控系统机载网络架构。
图2示出统一网络航电系统和飞控系统机载网络架构。
图3示出FC和SAE AS5643统一网络协议层次。
图4示出FC-AE-ASM数据帧格式。
图5示出SAE AS5643异步流包数据格式。
图6示出FC-AE-5643异步流包数据格式。
具体实施方式
目前，在某飞机机载系统中，航电系统和飞控系统机载网络架构示意图如图1所示。航电系统采用交换式光纤通道FC网络，飞控系统采用三冗余的SAE AS5643总线，航电系统和飞控系统通过通用处理接口GPIO模块进行数据通信。航电网络和飞控网络对用户提供的接口不统一，采用的网络结构也不统一。
本发明的FC-AE-5643协议可将航电网络与飞控网络在用户接口、通信介质上进行统一，采用统一网络后的航电系统和飞控系统机载网络架构示意图如图2所示。航电系统网络架构保持不变，飞控系统网络架构保持不变，飞控系统与航电系统直接通过航电系统的FC交换机进行交互。
FC网络采用网络实时时钟(RTC)的周期授时与校对技术，实现整个机载通信中各个系统和子系统之间的时钟同步，同步精度可达亚微秒级，保障整个航电系统的时钟统一。节点机提供上层时钟信息的读写接口，应用可直接从节点机读取同步后的RTC。
在飞控系统中SAE AS5643数据通信采用异步流包，异步流包为在异步周期内发送的等时包，通过通道号进行寻址。使用异步流包时，CC要以固定速率发送帧开始包(StartOf Frame，STOF)包，完成各SAE5643节点对时。STOF包内包含了预先分配的，总线上每个节点发送和接收时间(相对于STOF包的偏移)，每个节点按照规定的发送、接收偏移时间进行分时传输。
FC-AE-5643网络将SAE 5643总线与FC网络时间同步机制进行统一，采用FC网络的RTC时间同步机制，由应用从网络获取同步时间，各节点保存发送接收时间偏移表，按偏移时间进行发送、接收。
FC采用光纤作为物理介质，支持交换机、总线型、环型以及点对点等多种拓扑形式，实现了高速串行I/O接口功能，FC可分为5层模型，FC各个协议层之间技术相互独立。FC－0、FC-1、FC－2作为FC的底层接口协议，定义了物理接口和通信信号接口。FC－3是公共服务层，主要定义了特殊服务功能，包括分片带宽频率、搜索组和多播，从而定义了多端口传输类型。FC－4是协议映射层，定义了FC的应用接口，规定了通信上层协议应用到FC的映射，使得FC节点只需提供高层协议要求的低层传输服务，便可将上层服务协议应用在系统的各类通道和网络接口上。FC采用将高层协议(FC－4)传输指令包装成一种新的帧格式，为上层协议提供通用传输映射方式。FC和SAE AS5643统一网络的协议层次如图3所示。统一后的网络因FC-0到FC-3层协议均一致，因此航电网络与飞控网络可保持一致的网络构型。
FC-AE-5643网络通过采用将SAE AS5643协议和数据指令打包为一种特定数据帧格式的方法，完成SAE AS5643传输协议数据在光纤通道结构下的数据传输过程。考虑SAEAS5643数据包支持匿名签署消息ASM，而FC网络数据帧也包含匿名签署消息FC-AE-ASM，因此将AS5643数据帧映射到FC-AE-ASM数据帧上。
FC-AE-ASM数据帧格式如图4所示，每一帧共计2148B，包括4B的SOF帧起始标志，24B帧头(包括源地址、目的地址、传输类型、帧格式、子地址模式等)，16B的ASM帧头(包括消息ID、优先级、消息有效载荷长度等)，2096B的有效数据区，4B的CRC校验和4B的EOF帧结束标志。
SAE AS5643异步流包数据格式如图5所示，包括8B的1394帧头(包括数据长度、通道号、数据包头/数据CRC等)，16B的ASM帧头(包括消息ID、节点ID、优先级、消息有效载荷长度等)，负载数据区(包括健康状态字、心跳、有效载荷)，包尾(包含STOF发送偏移、STOF接收偏移、STOF测试码偏移和纵向奇偶校验)和数据CRC。
AS5643数据包映射到FC后，FC-5643数据帧格式如图6所示。从SAE AS5643映射到光纤通道数据包的组帧时，将FC数据区24B帧头的目的ID和源ID由SAE AS5643的通道号和节点ID取代，将AS5643数据包中的数据长度和数据包头/数据CRC校验字段取消，将AS5643ASM帧头映射到FC-AE-ASM的ASM帧头字段，AS5643数据包中的负载数据区和包尾映射到FC的有效数据区，AS5643数据帧中的数据CRC字段直接映射到FC的CRC校验字段。其余字段保留FC原数据帧格式，当需要被映射的AS5643数据包长度超出2096B光纤通道有效数据区长度时，可把AS5643数据包映射为连续的多个FC数据包并组帧。
因FC数据帧格式有完整的数据长度计算方式，因此将SAE AS5643字段开头的数据长度字段在映射过程中删除。
SAE AS5643协议中数据CRC校验和1394数据包头CRC校验相互独立，但考虑到包头仅有8字节，且其中4字节为数据包头CRC字段，4字节的数据长度字段已删除。综合考虑4字节出错概率和计算开销，在映射过程中将该字段删除，以简化数据帧格式。
将SAE5643总线通道ID和节点ID映射到FC数据帧结构中时，通道ID由原来的6bit扩充到24bit，表示范围由0～63扩充到0～16777215；节点ID由原来的16bit扩充到24bit，其中高10bit表示总线ID，其余bit表示物理ID，因此其物理规模由原来的最多64个节点，扩充到最大支持16384个节点，扩大了业务规模和节点规模。
保留SAE AS5643总线的健康检测手段，将健康监控字、心跳、数据负载、包尾(包含STOF发送偏移、STOF接收偏移、STOF测试码偏移和纵向奇偶校验)填充到有效负载区字段。为保证飞控系统数据物理层与应用层之间数据传输的完整性，保留SAE AS5643的纵向奇偶校验(VPC)。FC帧头的TYPE字段区分FC-AE-ASM数据帧和FC-AE-5643数据帧，不同数据帧，采用不同的驱动处理方式，以适应不同系统的网络应用需求。
FC-AE-5643网络与FC-AE-ASM网络都属于FC网络，向上对用户提供统一的ASM通信接口，统一的消息ID编排，供用户统一规划航电网络和飞控网络业务；向下提供统一的光纤网络结构，包括交换式、总线型、环形、点对点等。
飞控系统采用FC-AE-5643网络的特点如表1所示。
表1 FC-AE-5643网络下飞控系统特点

Claims (9)

1.一种FC-AE-5643光纤总线设计方法，其特征在于，通过将AS5643异步流包格式映射成FC数据包格式，将SAE AS5643总线映射到FC网络，形成FC-AE-5643协议，以统一航电网络和飞控网络，从而提供统一的网络接口、网络规划和网络构型。
2.根据权利要求1所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，将SAE AS5643协议映射到FC-4层协议，保持FC-0、FC-1、FC-2、FC-3层协议不变，从而保证航电系统与飞控系统采用统一的交换式网络架构。
3.根据权利要求1所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，FC-AE-5643协议取消SAE AS5643总线采用STOF包进行时间同步的机制，统一采用FC网络的RTC时间同步机制。
4.根据权利要求1和3所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，节点利用FC-AE-5643协议从网络获取同步时间，并根据自身预先存储的时间偏移表，按照预定偏移时间进行发送和接收。
5.根据权利要求1所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，通过如下过程获得FC-AE-5643协议数据帧格式：
将FC数据区24B帧头的目的ID和源ID由SAE AS5643的通道ID和节点ID取代；
将AS5643数据包1394包头中的数据长度和数据包头/数据CRC校验字段取消；
将AS5643ASM帧头映射到FC-AE-ASM的ASM帧头字段，将AS5643数据包中的负载数据区和包尾映射到FC的有效数据区，并将AS5643数据帧中的数据CRC字段直接映射到FC的CRC校验字段，其余字段保留FC原数据帧格式；
当需要被映射的AS5643数据包长度超出2096B光纤通道有效数据区长度时，将AS5643数据包映射为连续的多个FC数据包并组帧。
6.根据权利要求5所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，在将FC数据区24B帧头的目的ID和源ID由SAE AS5643的通道ID和节点ID取代时，通道ID由原来的6bit扩充到24bit，表示范围由0～63扩充到0～16777215；节点ID由原来的16bit扩充到24bit；
其中高10bit表示总线ID，其余bit表示物理ID，使得其物理规模由原来的最多64个节点扩充到最大支持16384个节点。
7.根据权利要求5所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，在将AS5643数据包中的负载数据区和包尾映射到FC的有效数据区时，保留SAE AS5643总线的健康检测手段，将健康监控字、心跳、数据负载、包尾填充到有效负载区字段，并保留SAE AS5643的纵向奇偶校验，以保证飞控系统数据物理层与应用层之间数据传输的完整性。
8.根据权利要求7所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，包尾包含STOF发送偏移、STOF接收偏移、STOF测试码偏移和纵向奇偶校验。
9.根据权利要求5所述的FC-AE-5643光纤总线设计方法，其中，在将AS5643ASM帧头映射到FC-AE-ASM的ASM帧头字段时，根据FC帧头的TYPE字段区分FC-AE-ASM数据帧和FC-AE-5643数据帧，针对不同数据帧采用不同的驱动处理方式，以适应不同系统的网络应用需求。
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