CN110291512B - 用于将数据从数据源加载到计算机处理器单元中的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将数据从数据源加载到计算机处理器单元中的数据加载设备，所述设备包括用于连接到所述数据源且设置有PHY组件的至少第一连接器，以及用于连接到所述计算机处理器单元且各自设置有相应的PHY组件的多个第二连接器，所述第一连接器用以下方式连接到所述第二连接器：通过第一选择器模块以便定义单个下行信道，以使得将数据从所述第一连接器单独地传送到所述第二连接器中的每一者，以及通过第二选择器模块以用于定义单个上行信道以便在相反方向上传送数据，所述选择器模块被布置成能够一次仅将所述第二连接器之一连接到所述第一连接器，并且所述设备包括用于控制所述选择器模块选择哪个第二连接器来连接到所述第一连接器的控制单元。

Description

用于将数据从数据源加载到计算机处理器单元中的设备
本发明涉及将数据加载到计算机单元中。
现有技术
这样的计算机单元包括至少一个存储器和用于处理数据的处理器，例如从而形成计算机。
数据被加载到计算机单元中，例如以便于更新计算机单元中所包含的程序或更新由计算机单元使用以执行它们要执行的处理的数据。
更新数据一般地被包含在数据源中，该数据源通常由执行数据加载软件的计算机形成。数据源也可以是便携式存储器介质，诸如存储器卡。
当计算机单元不是十分众多时，将数据源直接连接到每个单元是可能的。
然而，当这些单元不是很可供访问时，这很难做到。然后，已知将计算机单元连接到单个设备，诸如交换机或集中器，数据源可以从更容易可供访问的位置连接到该单个设备。
此外，在某些敏感应用中，有必要能够更新计算机单元，同时确保每个计算机单元接收旨在给该单元的数据并且仅接收该数据。然后，合适的是阻止计算机单元彼此通信，从而避免信息在它们之间传递的任何可能性。这些约束尤其适用于航空领域：ARINC615A标准因而定义了用于将更新数据加载到飞行器计算机中的系统需要遵守的特性。
当计算机单元被连接到根据以太网通信协议操作的网络时，遵守这些约束是相对复杂的。应该记得，根据开放系统互连(OSI)模型，为了将数据从一台计算机传送到另一计算机，有必要对该数据应用一系列变换，这些变换被认为是“层”，在发送数据时从最高级别(“应用”层)行进到最低级别(“物理”层或“PHY”层)，并且在接收数据时按相反方向。通过以太网协议传送数据因而依赖于在接收数据时获得媒体访问控制(MAC)地址，即解码数据帧以便从PHY层相继地回退工作，并接着到其中MAC地址被封装的“数据链路”层。因而，以太网交换机检查通过其中的数据分组以便读取目的地的MAC地址，这意味着具有对网络的一计算机单元的访问权并且知道网络的计算机单元的另一者的MAC地址的欺诈者将能够直接向该另一单元发送消息。唯一已知的解决方案在于安装用于阻止某些计算机单元彼此通信的协议或特定设备，然而计算机单元之间的永久物理链路的存在留下了该协议被绕过的风险。
文献US A 2014/321477和US A 2009/303883描述了借助于以太网协议路由数据和使用MAC地址以供路由数据的两种方法。
发明目的
本发明的目的是使数据传输更可靠。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于将数据从数据源加载到计算机单元中的数据加载设备，该设备包括设置有PHY组件的至少第一连接器以及各自设置有相应的PHY组件的多个第二连接器，该第一连接器用以下方式连接到第二连接器：通过第一选择器模块以便定义单个下行信道，以使得将数据从第一连接器单独地传送到第二连接器中的每一者，以及通过第二选择器模块以用于定义单个上行信道以便在相反方向上传送数据，选择器模块被布置成能够一次仅将第二连接器之一连接到第一连接器，并且该设备包括用于控制选择器模块选择哪个第二连接器来连接到第一连接器的本地控制单元。
数据源接着被连接到第一连接器，并且计算机单元被连接到第二连接器。将每个连接器与PHY组件相关联使得能够借助于分配给每个PHY组件的标识符来标识该连接器，从而使得能够标识与其连接的计算机单元。本地控制单元使得可以选择第二连接器并因而选择要连接到第一连接器且因而连接到数据源的计算机单元。因此，数据加载设备不需要知道目的地的MAC地址，因为目的地可以从连接器的每一者中的PHY组件的标识符中选择。因此，不存在解码数据并接着对其进行重编码以便对其进行路由的需要：数据被从一个PHY组件不变地复制到另一PHY组件。PHY组件因而使得连接到第二连接器的计算机单元的每一者能够被连接到连接至第一连接器的数据源，并且与选择器模块相组合，它们阻止计算机单元之间的任何直接链路。具体地，通过连接到第二连接器之一，不可能访问连接到不同第二连接器的计算机单元，因为在它们之间不存在物理链路。
根据本发明的特定特征，该设备包括其上安装有选择器模块、第一连接器、和第二连接器的机架，控制单元包括本地控制单元以及通过电缆连接到本地控制单元且设置有人/机接口的远程控制单元。
在此类境况之下，且有利地：
-远程控制单元包括壳体，该壳体设置有直接地连接到加载设备的第一连接器的外部连接器，以便经由远程控制单元的外部连接器将数据源连接到第一连接器；和/或
-远程控制单元包括存储器，该存储器储存将每个第二连接器与连接到第二连接器的计算机单元的至少一个特性相关联的表；并且优选地，该特性是数据传输速率，并且该表被加载到本地控制单元的存储器中，该本地控制单元被布置成在建立与第二连接器之一的上行信道和下行信道之际控制第二连接器的PHY组件，使得其以所储存的传输速率或以自动协商的速率操作；和/或
-远程控制单元和本地控制单元分别被编程以形成主单元和从单元；和/或
-远程控制单元和本地控制单元被编程为借助于因特网协议(IP)和用户数据报协议(UDP)彼此通信，远程控制单元和本地控制单元具有静态IP和MAC地址；和/或
-远程控制单元被布置成在至少一种特定情况下关断给本地控制单元的电源；和/或
-远程控制单元和本地控制单元以除非远程控制单元被供电否则本地控制单元无法被供电的方式来被布置。
根据任选地与上述和/或彼此组合的其他特定特性：
-控制单元被布置成将没有连接到第一连接器的第二连接器的PHY组件置于非活跃状态中，并且能够仅将诸第二连接器中连接到第一连接器的第二连接器置于活跃状态中；
-选择器模块由现场可编程门阵列(FPGA)电路形成，该电路中定义有与简化媒体独立接口(RMII)标准兼容或将选择器模块连接到第一连接器的总线；
-该设备包括用于测试第一连接器和第二连接器之间的链路的测试模块；并且测试模块有利地包括：复用器，该复用器具有连接到第一选择器模块的输入的输出、连接到第一连接器的第一输入，以及连接到信号发生器的第二输入；解复用器，该解复用器具有连接到第二选择器模块的输出的输入、连接到信号分析器的第一输出，以及连接到复用器的第一输入的第二输出，该复用器具有连接到信号发生器的第二输入和连接到第一连接器的输出(以避免在上行和下行信道之间创建数据路径的方式)，第一连接器还通过其上行信道连接到信号分析器；以及
-如果诸第二连接器的两个PHY组件被检测为同时地活跃的，则独立的附加安全功能可被实现，以便迫使第二连接器的PHY组件被断电。如果控制单元检测到诸第二连接器的两个PHY组件被同时激活，则控制单元还可以被布置成发出警告。
本发明的其他特性和优点将在阅读下面对本发明的特定、非限制性实施例的描述时显见。
附图说明
参考附图，在附图中：
-图1是示出连接到数据源和计算机单元的本发明的设备的示图；
-图2是类似于图1的示图的示图，其示出了标称操作模式中的数据流；
-图3是类似于图1的示图的示图，其示出了测试操作模式中的数据流；
-图4是远程控制单元的一变体实施例的示图；以及
-图5是示出使得可以避免诸第二连接器的多个PHY组件同时处于其激活状态中的设备的示图。
发明的详细描述
参考图1至3，这里参考更新飞行器并且更具体而言在这一示例中是大型客机的计算机单元100描述了本发明的数据加载设备。计算机单元100尤其包括涉及飞行器操作的计算机，例如飞行计算机和导航计算机，以及专用于为飞行器的乘客提供娱乐的计算机单元，以及例如视频点播服务器。作为示例，更新的数据可以包括：新版本的程序、纠正“补丁”、参数的更新值……。存在N个计算机单元100(图中仅示出了三个)并且它们被标记为100i以便使它们彼此区分开，其中i在1到N的范围内变化。
以传统方式，每个计算机单元100i包括至少一个存储器和处理器，该处理器用于执行包含在存储器中的程序，以便处理存储器中所储存的数据和/或来自连接到计算机单元的部件(诸如传感器)的数据。以传统方式，每个计算机单元100i包括设置有PHY组件的连接器101。应当记得，PHY组件是模数转换器，并且其形成OSI模型的物理层的一部分。
用于更新计算机单元100i的数据被储存在数据源中，在该示例中，数据源由计算机单元200构成，计算机单元200以传统方式包括包含更新数据的至少一个存储器以及处理器，该处理器用于执行用于加载被包含在存储器中的数据以便使得能够将更新数据加载到所述更新数据预期要被送到计算机单元100i中。以传统方式，计算机单元200包括设置有PHY组件201的计算机。计算机单元200的功能可以被认为等同于用于更新飞行器计算机的传统系统的PSL的那些功能。
计算机单元100i经由本发明的数据加载设备连接到计算机单元200。数据加载设备的功能可以被认为等同于用于飞行器计算机的传统更新系统的数据加载路由盒(DLRB)的那些功能。
给定总体标记1的该加载设备包括：
-设置有PHY组件的第一连接器10；
-多个第二连接器20i，其中i位于1至N的范围内，每个第二连接器设置有相应的PHY组件；
-设置有PHY组件的第三连接器30；
-第一选择器模块40，用于选择第一连接器10和第二连接器20i之一之间的下行信道；以及
-第二选择器模块50，用于选择第一连接器10和第二连接器20i之一之间的上行信道。
选择器模块40具有连接到第一RMII总线61的输入和标记为0到N和X的N+2个输出。输出1至N各自通过相应的线41连接到第二连接器20i的相应一者的PHY组件；输出0没有被连接；并且输出X通过线42连接到第三连接器30的PHY组件。
选择器模块50具有连接到第二RMII总线62的输出和标记为0到N和X的N+2个输入。输入1至N各自通过相应的线51连接到第二连接器20i的相应一者的PHY组件；输入0没有被连接；并且输入X通过线52连接到第三连接器30的PHY组件。
选择器模块40被布置成定义单个下行信道，以便将数据从第一连接器10单独地传送到第二连接器20i的每一者，并且选择器模块50被布置成定义单个上行信道以便在相反方向上传送数据。选择器模块40和50被布置成能够一次将第一连接器10连接到第二连接器20i的仅一者。
线41与线51不同；并且线42与线52不同。
RMII总线61和62彼此不同，并且它们被连接到给定总体标记70的测试模块。更精确而言，第一RMII总线61被连接到复用器71的输出，复用器71具有连接到第一连接器10的第一输入和连接到信号发生器72的第二输入。第二RMII总线62被连接到解复用器73的输入，解复用器73具有连接到信号分析器74的第一输出和连接到复用器75的第一输入的第二输出，复用器75具有连接到信号发生器72的第二输入和连接到第一连接器10的输出。第一连接器10还通过其上行信道连接到信号分析器74。
选择器模块40和50以及RMII总线61和62被形成在现场可编程门阵列(FPGA)电路上。
选择器模块40和50具有连接到本地控制单元80的控制输出的控制输入，该本地控制单元80被布置成控制选择器模块40和50，以便选择用于连接到第一连接器10的第二连接器20i。
为此目的，并且以传统方式，本地控制单元80包括至少一个存储器和处理器，该处理器用于执行包含在存储器中的程序并且被布置成：
-控制选择器模块40和50，以便选择用于连接第一连接器10的第二连接器20i；
-将没有连接到第一连接器10的第二连接器20i的PHY组件置于非活跃状态中；
-能够仅将第二连接器20i中连接到第一连接器10的第二连接器置于活跃状态中；以及
-在启动本地控制单元80时执行测试规程。
在该示例中，选择器模块40和50、总线61和62、测试模块70、第一连接器10、第二连接器20i、第三连接器30和本地控制单元都被安装在共同机架上。
以传统方式，控制设备还具有远程控制单元90，远程控制单元90包括至少一个存储器和处理器，该处理器用于执行包含在存储器中的程序以便使操作员能够选择要更新的计算机单元100i。存储器包含将计算机单元100i的标识符和传输速率与计算机单元100i所连接的第二连接器20i相关联的表。远程控制单元90设置有人/机接口，具体而言，屏幕91和用于选择显示在屏幕91上的选项的按钮92。远程控制单元90的功能可以被认为等同于用于飞行器计算机的传统更新系统的DSLU的那些功能。
远程控制单元90通过电缆连接到第三连接器30并因而连接到本地控制单元80。远程控制单元90和本地控制单元80被编程为借助于IP和UDP协议彼此通信，其中远程控制单元90和本地控制单元80具有静态IP和MAC地址。远程控制单元90和本地控制单元80被编程为分别形成主单元和从单元。
由远程控制单元90执行的程序被布置成：
-当远程控制单元90被接通时，检测飞行器在飞行还是在地面上静止，以及如果在地面上静止则允许本地控制单元80被供电；
-当本地控制单元80被供电时，将表加载到本地控制单元的存储器中；
-在屏幕91上显示菜单，使操作员能够选择要更新的计算机单元并启动加载设备的测试；以及
-在至少一种特定情况下关闭本地控制单元80，尤其是在飞行器开始移动时，并且更一般地，阻止本地控制单元80被供电，除非飞行器是静止的。
应当观察到，远程控制单元和本地控制单元被以使得当远程控制单元不被供电时本地控制单元无法被供电的方式来被布置。
参考图2，下面是对用于将数据加载到计算机单元1002中的操作的描述。
当远程控制单元90由操作员接通时，远程控制单元90验证飞行器是静止的，并且在适当的情况下，接通给本地控制单元80的电源，以便在其中加载表。远程控制单元90接着显示菜单，其以选择进行更新的计算机单元100i的可能性来提议更新计算机单元100i。作为示例，操作员工可以使用按钮92来选择对计算机单元1002进行更新并且将计算机单元200连接到第一连接器10。
远程控制单元90接着向本地控制单元80发送指令以将计算机单元200链接到计算机单元1002。本地控制单元80向远程控制单元90返回确认并控制选择器单元40和50，以便遵照其在存储器中具有的表的内容将第一连接器10的PHY组件连接到第二连接器202的PHY组件。传输速率被设置为出现在表中的值，或者如果计算机单元1002无法以该传输速率进行通信，则进行协商以便确定较低的传输速率。
如果远程控制单元90将对应的指令发送到本地控制单元80，则远程控制单元90还可以被置于与计算机单元200的通信中。
以所储存的传输速率或以自动协商的速率在第一连接器10和第二连接器202的PHY组件之间建立上行信道和下行信道。
计算机单元200的程序接着致使更新数据被传送。
数据路径在图2中以粗体标记。
在更新计算机单元1002结束时，操作员使用人/机接口告诉远程控制单元90要么停止更新，要么选择新的信息单元100i。
应当观察到，加载设备无需检查消息就能路由它们。
还应当观察到，无物理连接被建立在诸第二连接器20i之间。
参考图3，下面是对测试加载设备1的操作的描述。
在被接通时，本地控制单元80致使测试规程被执行。该规程尝试测试第一连接器10和第二连接器20i之间的链路的正确操作。该规程包括两个阶段，即：
-在上行方向和下行方向上验证测试模块80和第二连接器20i的每一者之间的链路；以及
-在上行方向和下行方向上验证测试模块80和第一连接器10之间的链路。
验证测试模块80和第二连接器20i的每一者之间的链路包括以下步骤：
-控制选择器模块40和50，以便将测试模块70连接到第二连接器20i之一(本地控制单元80选择选择器模块40上的输出N和选择器模块50上的输入N，以便连接图3中的第二连接器20N)；
-控制第二连接器20N的PHY组件，以便在加载设备1内部形成环路；
-致使信号由信号发生器72发出(从测试模块70到第二连接器20N的信号的循环路径在图3中用粗体标记)；以及
-在信号分析器74中验证在标称周期内确实接收到与所发出的信号相对应的信号，并且如果没有的话则发出警告。
针对第二连接器20i的每一者重新开始这些步骤。
验证测试模块80和第一连接器10之间的链路包括以下步骤：
-控制选择器模块40和50，以便阻止信号传递到第二连接器20i和第三连接器30(本地控制单元80选择选择器模块40上的输出0和选择器模块50上的输入0)；
-控制第一连接器10的PHY组件，以便在加载设备1内部形成环路；
-致使信号发生器72发出信号(从测试模块70到第一连接器10的信号的循环路径在图3中用粗体标记)；以及
-使用信号分析器74来验证在标称时间周期内确实接收到与所发出的信号相对应的信号，并且如果没有的话则发出警告。
图4示出了远程控制单元90的一变体实施例。
在该变体中，远程控制单元90包括壳体，壳体设置有直接连接到加载设备1的第一连接器10的连接器93。
计算机单元200不再被直接连接到第一连接器10，而是连接到连接器93，使得计算机单元200经由远程控制单元90的连接器93连接到第一连接器10。
有利地提供了一种设备，以确保诸第二连接器的多个PHY组件无法同时处于它们的激活状态中。
在第一种可能性中，本地控制单元80被布置成检测第二连接器20i的PHY组件的状态，并且仅允许它们中的一者被激活，其他第二连接器20i的PHY组件处于其未激活状态中。
在第二种可能性中，本地控制单元80被布置成检测第二连接器20i的PHY组件的状态，并且如果检测到它们中的多个处于激活状态中，则停用诸第二连接器20i的所有活跃的PHY组件。
图5示出了每个第二连接器20i的PHY组件由来自AND门45i的信号PWREN激活，AND门45i具有连接到部件47的输出(该输出对应于所讨论的第二连接器20i)的第一输入和连接到OR门46i(或NOR门)的第二输入，OR门46i具有连接到部件47的输出(该输出对应于不包括所讨论的第二连接器20i的其他第二连接器20i)的输入。部件47还具有设置为1的输入和选择输入i。
因而，仅当没有其他第二连接器使其PHY组件激活时，第二连接器20i的PHY组件才能处于其激活状态中。
当然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖来自如由权利要求限定的本发明的范围内的任何变体。
具体而言，加载设备的结构可以与所描述的不同。因而：
-加载设备不需要具有测试模块70；
-第二连接器的数目可以不同；
-远程控制单元不需要具有连接器93，或者远程控制单元可以被布置成与集成电路卡类型的数据源协作；
-远程控制单元和本地控制单元可以经由某种其他通信协议进行通信；以及
-加载设备不需要包括远程控制单元，并且本地控制单元可以与加载设备的其余部分不同；……。
加载设备可以任选地包括附加的安全功能，其在两个PHY组件被检测为同时处于活跃状态时寻求使得PHY组件不活跃。控制单元可以任选地被布置成检测第二连接器的PHY组件的状态，并且如果它检测到诸第二连接器的两个PHY组件同时活跃则发出警告。作为示例，该警告可导致至少一个所述PHY组件被停用、或者它们中的两者都被停用、故障被储存在故障日志中、加载操作被停止同时等待人工干预，……。

Claims (13)

1.一种用于将数据从数据源加载到计算机处理器单元中的数据加载设备，所述设备包括用于连接到所述数据源且设置有PHY组件的至少第一连接器，以及用于连接到所述计算机处理器单元且各自设置有相应的PHY组件的多个第二连接器，所述第一连接器用以下方式连接到所述第二连接器：通过第一选择器模块以便定义单个下行信道，以使得将数据从所述第一连接器单独地传送到所述第二连接器中的每一者，以及通过第二选择器模块以用于定义单个上行信道以便在相反方向上传送数据，所述选择器模块被布置成能够一次仅将所述第二连接器之一连接到所述第一连接器，并且所述设备包括用于控制所述选择器模块因变于每个连接器被连接到的所述PHY组件的标识符来选择哪个第二连接器来连接到所述第一连接器的控制单元。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括其上安装有所述选择器模块、所述第一连接器、和所述第二连接器的机架，所述控制单元包括本地控制单元以及通过电缆连接到所述本地控制单元且设置有人/机接口的远程控制单元。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述远程控制单元包括壳体，所述壳体设置有直接地连接到所述加载设备的所述第一连接器的外部连接器，以便经由所述远程控制单元的外部连接器将所述数据源连接到所述第一连接器。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的设备，其特征在于，所述远程控制单元包括存储器，所述存储器储存将每个第二连接器与连接到所述第二连接器的计算机单元的至少一个特性相关联的表。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述特性是数据传输速率，并且所述表被加载到所述本地控制单元的存储器中，所述本地控制单元被布置成在建立与所述第二连接器之一的上行信道和下行信道之际控制所述第二连接器的PHY组件，使得其以所储存的传输速率或以自动协商的速率操作。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述远程控制单元和所述本地控制单元分别被编程以形成主单元和从单元。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述远程控制单元和所述本地控制单元被编程为借助于IP和UDP协议彼此通信，所述远程控制单元和所述本地控制单元具有静态IP和MAC地址。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述远程控制单元被布置成在至少一种特定情况下关断给所述本地控制单元的电源。
9.根据权利要求2至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述远程控制单元和所述本地控制单元以除非所述远程控制单元被供电否则所述本地控制单元无法被供电的方式来被布置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制单元被布置成将没有连接到所述第一连接器的所述第二连接器的PHY组件置于非活跃状态中，并且能够仅将所述第二连接器中连接到所述第一连接器的第二连接器置于活跃状态中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述选择器模块由FPGA电路形成，所述FPGA电路中定义有与RMII标准兼容或将所述选择器模块连接到所述第一连接器的总线。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，包括用于测试所述第一连接器和所述第二连接器之间的链路的测试模块。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述测试模块（70）包括：第一复用器，所述第一复用器具有连接到所述第一选择器模块的输入的输出、连接到所述第一连接器（10）的第一输入，以及连接到信号发生器（72）的第二输入；解复用器（73），所述解复用器具有连接到所述第二选择器模块的输出的输入、连接到信号分析器（74）的第一输出，以及连接到第二复用器的第一输入的第二输出，所述第二复用器具有连接到所述信号发生器（72）的第二输入和连接到所述第一连接器（10）的输出，所述第一连接器（10）还通过其上行信道连接到所述信号分析器（74）。
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