CN110417630A - 一种兼容1553b的时间触发以太网交换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置及方法，主要解决现有技术中时间触发以太网与1553B总线间的数据交互的问题。其实现装置包括：1553B总线处理模块和时间触发以太网交换模块；实现方法为：对1553B总线设备发送的数据解码为1553B接收消息并缓存，将1553B接收消息转换为时间触发以太网数据帧并转发至其对应目的端口；对时间触发以太网端系统发送的数据帧进行转发，将发送至1553B总线的数据帧转换为1553B发送消息，对1553B发送消息进行缓存并编码发送至1553B总线。本发明实现了在时间触发以太网交换装置中转发1553B消息，使得1553B总线可灵活拓展，同时可保障1553B消息的高可靠性与高实时性转发。

Description

一种兼容1553B的时间触发以太网交换装置及方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置及方法，可用于实现时间触发以太网与1553B总线间的数据交互。

背景技术

作为航空电子系统中数据通信总线的典型代表，时分制指令/响应式多路传输数据总线MIL-STD-1553B(简称1553B)已被广泛应用于飞机综合航电系统，装甲车辆综合电子系统，舰船综合电子系统等航空、航天、船舶、电子等领域。但由于1553B总线协议发展较早，其传输性能已较难满足当前各领域电子系统设备的数据传输需求，且1553B协议传输控制器需要外围复杂的硬件电路配合工作，如果完成整个总线接口板的设计，还需要单独的微控制器，这在某种程度上限制了设计能力。时间触发以太网(TTE)传输技术以其所具备的低成本、高带宽、高实时性及可靠性而被广泛应用于航天航空、工业控制等具有高实时性、高安全性需求的领域。因此，研制一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置及方法，来实现1553B总线与时间触发以太网之间的数据通信具有深远意义。

天津大学汪清等人在其申请的专利文献“兼容时间触发以太网与1553B的航天以太网通信方法”(公开号CN105991384A，申请号CN201610487926.7)中公开了一种兼容时间触发以太网与1553B的航天以太网通信方法。该方法采用时间触发兼容协议架构传输三种不同优先级的数据帧：命令响应数据、IT应用户数和时间触发数据，通过type域来区分不同业务，三种帧都采用标准以太网帧格式，可在时间触发以太网基础上实现三种数据传输。该方法存在的不足之处是：这种方法采用时间触发兼容协议架构传输的1553B命令响应数据使用优先级低于时间触发数据的固定优先级，在传输过程中可能会造成阻塞，导致1553B命令响应数据服务质量降低，且传输过程不够灵活。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置及方法，使得时间触发以太网交换装置可接收、处理及转发1553B消息，实现时间触发以太网与1553B总线间的数据交互。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括为：

一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置，包括1553B总线处理模块和时间触发以太网交换模块，其中：

所述1553B总线处理模块，包括1553B总线接口模块、接收消息缓存模块、接收消息处理模块、地址映射模块、协议转换模块和发送消息缓存模块，其中：

1553B总线接口模块，用于对1553B总线发送的数据进行解码，并将解码获取的1553B接收消息发送至接收消息缓存模块，同时读取发送消息缓存模块中的1553B发送消息并进行编码，将编码后的数据发送至1553B总线；

接收消息缓存模块，用于对1553B总线接口模块解码获得的1553B接收消息进行缓存；

接收消息处理模块，用于对接收消息缓存模块缓存的1553B接收消息进行解析，以获取1553B接收消息的目的远程终端地址；

地址映射模块，用于通过接收消息处理模块解析获取的1553B接收消息的目的远程终端地址，查询地址映射表，以获取1553B接收消息对应的虚链路号；

协议转换模块，用于将接收消息缓存模块缓存的1553B接收消息转换为时间触发以太网接收数据帧，并发送至时间触发以太网交换模块，同时将时间触发以太网交换模块发送的数据帧转换为1553B发送消息，并发送至发送消息缓存模块；

发送消息缓存模块，用于对协议转换模块转换的1553B发送消息进行缓存；

所述时间触发以太网交换模块，包括数据帧解析模块、查表模块和转发模块，其中：

数据帧解析模块，用于对时间触发以太网接收的数据帧进行解析，以获取每个数据帧帧头中的虚链路号；

查表模块，用于通过数据帧解析模块解析获取的每个数据帧帧头中的虚链路号，查询转发表，以获取时间触发以太网数据帧的目的端口号；

转发模块，用于将时间触发以太网数据帧转发至查表模块获取的时间触发以太网数据帧目的端口。

上述一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置中的地址映射表，用于通过1553B接收消息目的远程终端地址查询该1553B接收消息对应虚链路号。

上述一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置中的转发表，用于通过时间触发以太网帧头中的虚链路号查询该数据帧转发端口。

一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换方法，包括如下步骤：

(1)1553B总线接口模块对1553B总线发送的数据进行解码：

1553B总线接口模块接收1553B总线发送的数据，并对其进行解码，得到1553B接收消息，然后将该1553B接收消息发送至接收消息缓存模块；

(2)接收消息缓存模块1553B接收消息进行缓存；

(3)接收消息处理模块对1553B接收消息进行解析：

接收消息处理模块读取接收消息缓存模块中缓存的1553B接收消息，并对其进行解析，得到1553B接收消息的目的远程终端地址，并将该目的远程终端地址发送至地址映射模块；

(4)地址映射模块获取1553B接收消息对应的虚链路号：

地址映射模块在地址映射表中查询是否存在1553B接收消息目的远程终端地址对应的虚链路号，若是，将虚链路号发送至协议转换模块，否则，丢弃1553B接收消息；

(5)协议转换模块对1553B接收消息进行格式转换：

协议转换模块读取消息缓存模块中缓存的1553B接收消息，并将包含虚链路号的时间触发以太网帧头添加在1553B接收消息头部，实现对1553B接收消息的格式转换，得到时间触发以太网数据帧，然后将该时间触发以太网数据帧发送至时间触发以太网交换模块；

(6)时间触发以太网交换模块对协议转换模块转换得到的时间触发以太网数据帧进行转发：

(6a)时间触发以太网交换模块中的数据帧解析模块接收时间触发以太网数据帧，并对其进行解析，得到时间触发以太网数据帧的虚链路号，然后将该虚链路号发送至查表模块；

(6b)时间触发以太网交换模块中的查表模块在转发表中查询是否存在时间触发以太网数据帧虚链路号对应的目的端口号，若是，将目的端口号发送至转发模块，否则，丢弃时间触发以太网数据帧；

(6c)时间触发以太网交换模块中的转发模块接收时间触发以太网数据帧和时间触发以太网数据帧目的端口号，并将时间触发以太网数据帧通过其对应的目的端口转发至时间触发以太网端系统；

(7)时间触发以太网交换模块对时间触发以太网端系统发送的数据帧进行转发：

(7a)时间触发以太网交换模块中的数据帧解析模块接收时间触发以太网端系统发送的数据帧，并对其进行解析，得到时间触发以太网数据帧的虚链路号，然后将该虚链路号发送至查表模块；

(7b)时间触发以太网交换模块中的查表模块在转发表中查询是否存在时间触发以太网数据帧虚链路号对应的目的端口号，若是，将目的端口号发送至转发模块，否则，丢弃时间触发以太网数据帧；

(7c)时间触发以太网交换模块中的转发模块接收时间触发以太网数据帧和时间触发以太网数据帧目的端口号，若目的端口为普通时间触发以太网端口，则将时间触发以太网数据帧通过其对应的目的端口转发至时间触发以太网端系统，若目的端口为1553B总线接口，则将时间触发以太网数据帧发送至1553B总线处理模块；

(8)协议转换模块对时间触发以太网数据帧进行格式转换：

1553B总线处理模块中协议转换模块接收时间触发以太网数据帧，将时间触发以太网数据帧帧头去除，使其转换为1553B发送消息，并将此1553B发送消息发送至发送消息缓存模块；

(9)发送消息缓存模块对1553B发送消息进行缓存；

(10)1553B总线接口模块对1553B发送消息进行编码并发送：

1553B总线接口模块读取发送消息缓存模块中缓存的1553B发送消息，并对其进行编码发送至1553B总线。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明在时间触发以太网交换装置中增加1553B总线处理模块，使得时间触发以太网交换装置可接收、处理及转发1553B消息。时间触发以太网交换装置所连接的时间触发以太网端系统既可作为1553B总线中的远程终端设备，也可作为1553B总线控制器，通过时间触发以太网交换装置与1553B总线进行数据交互，使得1553B总线可灵活拓展。

2.本发明在时间触发以太网交换装置中使用虚链路映射不同数据类型，用户可根据实际需求将1553B消息封装为时间触发以太网数据帧，灵活配置其转发路径与优先级，实现高可靠性与高实时性的转发。

附图说明

图1为本发明兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置的整体结构示意图；

图2为本发明兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置中时间触发以太网交换模块的结构示意图；

图3为本发明兼容1553B总线的时间触发以太网交换方法的实现流程图。

具体实施方式

以下参照附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，本发明的兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置，包括1553B总线处理模块和时间触发以太网交换模块，其中：

所述1553B总线处理模块，包括1553B总线接口模块、接收消息缓存模块、接收消息处理模块、地址映射模块、协议转换模块和发送消息缓存模块，其中：

1553B总线接口模块，用于对1553B总线发送的数据进行解码，1553B总线发送的数据编码采用曼彻斯特码，是一种自同步编码方式，在曼彻斯特编码中，每一位的中间有跳变：从低到高跳变表示“1”，从高到低跳变表示“0”，1553B总线接口模块可将曼彻斯特码转换为“0”、“1”的数字信号，即将1553B总线发送的数据解码得到1553B消息；

接收消息缓存模块，用于对1553B总线接口模块解码获得的1553B接收消息进行缓存；

接收消息处理模块，用于对接收消息缓存模块缓存的1553B接收消息进行解析，1553B协议消息由命令字、数据字、状态字组成，每个字为20bit长，其中同步字头为前3bit，用来标识消息的开始；然后是16bit的数据；最后是1bit的奇偶校验位，对前面16bit数据中“1”的个数是奇数或偶数进行校验。接收消息缓存模块可通过解析命令字与状态字，获取1553B接收消息的目的远程终端地址；

地址映射模块，用户在地址映射模块中维护了一张1553B接收消息目的远程终端地址与1553B接收消息对应虚链路号映射关系的地址映射表，将1553B接收消息的目的远程终端地址作为查表地址查询此地址映射表，若查表得到此消息对应的虚链路号，将得到的虚链路号发送至协议转换模块，若未得到查找结果，说明此地址无效，则将此1553B接收消息丢弃；

协议转换模块，由于时间触发以太网交换装置转发模块只能转发标准的以太网格式的数据帧，所以需将待转发的1553B接收消息转换以太网帧格式，在1553B消息前添加二层以太网帧头，帧头中包含1553B消息远程终端地址对应的虚链路号，用户可通过配置不同虚链路来控制不同数据帧的转发路径或优先级；

发送消息缓存模块，用于对协议转换模块转换的1553B发送消息进行缓存；

参照图2，本发明兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置中的时间触发以太网交换模块，包括数据帧解析模块、查表模块和转发模块，其中：

数据帧解析模块，用于对时间触发以太网接收的数据帧进行解析，主要对二层以太网帧头信息进行提取，可获取数据帧对应的虚链路号；

查表模块中维护了一张时间触发以太网数据帧虚链路号与时间触发以太网数据帧目的端口号的映射表，使用数据帧解析模块得到的虚链路号作为查表地址查询时间触发以太网数据帧的目的端口号，若查表得到此数据帧的目的端口号，将得到的目的端口号发送至转发模块，若未得到查找结果，则将此时间触发以太网数据帧丢弃；

转发模块，时间触发以太网交换装置的转发模块使得各端口之间有唯一确定的通路相连，转发模块按照规划好的时间刻度对时间触发以太网数据帧进行转发，可保障数据转发的高实时性与高可靠性；

参照图3，一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换方法，包括如下步骤：

步骤1)1553B总线接口模块对1553B总线发送的数据进行解码：

1553B总线上连接的远程终端设备作为总线控制器通过时间触发以太网交换装置向时间触发以太网端系统发送数据，兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置中的1553B总线接口模块接收1553B总线发送的数据，并对其进行解码，得到1553B接收消息，然后将该1553B接收消息发送至接收消息缓存模块；

步骤2)接收消息缓存模块1553B接收消息进行缓存；

步骤3)接收消息处理模块对1553B接收消息进行解析：

接收消息处理模块读取接收消息缓存模块中缓存的1553B接收消息，并对其进行解析，得到1553B接收消息的目的远程终端地址，并将该目的远程终端地址发送至地址映射模块；

步骤4)地址映射模块获取1553B接收消息对应的虚链路号：

地址映射模块在地址映射表中查询是否存在1553B接收消息目的远程终端地址对应的虚链路号，若是，将虚链路号发送至协议转换模块，否则，丢弃1553B接收消息；

步骤5)协议转换模块对1553B接收消息进行格式转换：

协议转换模块读取消息缓存模块中缓存的1553B接收消息，并将包含虚链路号的时间触发以太网帧头添加在1553B接收消息头部，实现对1553B接收消息的格式转换，得到时间触发以太网数据帧，然后将该时间触发以太网数据帧发送至时间触发以太网交换模块；

步骤6)时间触发以太网交换模块对协议转换模块转换得到的时间触发以太网数据帧进行转发：

步骤6a)时间触发以太网交换模块中的数据帧解析模块接收时间触发以太网数据帧，并对其进行解析，得到时间触发以太网数据帧的虚链路号，然后将该虚链路号发送至查表模块；

步骤6b)时间触发以太网交换模块中的查表模块在转发表中查询是否存在时间触发以太网数据帧虚链路号对应的目的端口号，若是，将目的端口号发送至转发模块，否则，丢弃时间触发以太网数据帧；

步骤6c)时间触发以太网交换模块中的转发模块接收时间触发以太网数据帧和时间触发以太网数据帧目的端口号，并将时间触发以太网数据帧通过其对应的目的端口转发至时间触发以太网端系统；

步骤7)时间触发以太网交换模块对时间触发以太网端系统发送的数据帧进行转发，时间触发以太网端系统可对收到的上述1553B消息进行响应，即通过时间触发以太网交换装置向1553B总线返回数据，同时时间触发以太网端系统也可作为1553B总线控制器，控制1553B总线的信息传输，即通过时间触发以太网交换装置向1553B总线主动发送数据：

步骤7a)时间触发以太网交换模块中的数据帧解析模块接收时间触发以太网端系统发送的数据帧，并对其进行解析，得到时间触发以太网数据帧的虚链路号，然后将该虚链路号发送至查表模块；

步骤7b)时间触发以太网交换模块中的查表模块在转发表中查询是否存在时间触发以太网数据帧虚链路号对应的目的端口号，若是，将目的端口号发送至转发模块，否则，丢弃时间触发以太网数据帧；

步骤7c)时间触发以太网交换模块中的转发模块接收时间触发以太网数据帧和时间触发以太网数据帧目的端口号，若目的端口为普通时间触发以太网端口，则将时间触发以太网数据帧通过其对应的目的端口转发至时间触发以太网端系统，若目的端口为1553B总线接口，则将时间触发以太网数据帧发送至1553B总线处理模块；

步骤8)协议转换模块对时间触发以太网数据帧进行格式转换：

1553B总线处理模块中协议转换模块接收时间触发以太网数据帧，将时间触发以太网帧头去除，使其转换为1553B发送消息，并将此1553B发送消息发送至发送消息缓存模块；

步骤9)发送消息缓存模块对1553B发送消息进行缓存；

步骤10)1553B总线接口模块对1553B发送消息进行编码并发送：

1553B总线接口模块读取发送消息缓存模块中缓存的1553B发送消息，将1553B消息转换为曼彻斯特码并发送至1553B总线；

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置，其特征在于，包括1553B总线处理模块和时间触发以太网交换模块，其中：

所述1553B总线处理模块，包括1553B总线接口模块、接收消息缓存模块、接收消息处理模块、地址映射模块、协议转换模块和发送消息缓存模块，其中：

1553B总线接口模块，用于对1553B总线发送的数据进行解码，并将解码获取的1553B接收消息发送至接收消息缓存模块，同时读取发送消息缓存模块中的1553B发送消息并进行编码，将编码后的数据发送至1553B总线；

接收消息缓存模块，用于对1553B总线接口模块解码获得的1553B接收消息进行缓存；

接收消息处理模块，用于对接收消息缓存模块缓存的1553B接收消息进行解析，以获取1553B接收消息的目的远程终端地址；

地址映射模块，用于通过接收消息处理模块解析获取的1553B接收消息的目的远程终端地址，查询地址映射表，以获取1553B接收消息对应的虚链路号；

协议转换模块，用于将接收消息缓存模块缓存的1553B接收消息转换为时间触发以太网接收数据帧，并发送至时间触发以太网交换模块，同时将时间触发以太网交换模块发送的数据帧转换为1553B发送消息，并发送至发送消息缓存模块；

发送消息缓存模块，用于对协议转换模块转换的1553B发送消息进行缓存；

所述时间触发以太网交换模块，包括数据帧解析模块、查表模块和转发模块，其中：

数据帧解析模块，用于对时间触发以太网接收的数据帧进行解析，以获取每个数据帧帧头中的虚链路号；

查表模块，用于通过数据帧解析模块解析获取的每个数据帧帧头中的虚链路号，查询转发表，以获取时间触发以太网数据帧的目的端口号；

转发模块，用于将时间触发以太网数据帧转发至查表模块获取的时间触发以太网数据帧目的端口。

2.根据权利要求1所述的一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置，其特征在于：所述地址映射表，用于通过1553B接收消息目的远程终端地址查询该1553B接收消息对应虚链路号。

3.根据权利要求1所述的兼容1553B总线的时间触发以太网交换装置，其特征在于：所述转发表，用于通过时间触发以太网帧头中的虚链路号查询该数据帧转发端口。

4.一种兼容1553B总线的时间触发以太网交换方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)1553B总线接口模块对1553B总线发送的数据进行解码：

1553B总线接口模块接收1553B总线发送的数据，并对其进行解码，得到1553B接收消息，然后将该1553B接收消息发送至接收消息缓存模块；

(2)接收消息缓存模块1553B接收消息进行缓存；

(3)接收消息处理模块对1553B接收消息进行解析：

接收消息处理模块读取接收消息缓存模块中缓存的1553B接收消息，并对其进行解析，得到1553B接收消息的目的远程终端地址，并将该目的远程终端地址发送至地址映射模块；

(4)地址映射模块获取1553B接收消息对应的虚链路号：

地址映射模块在地址映射表中查询是否存在1553B接收消息目的远程终端地址对应的虚链路号，若是，将虚链路号发送至协议转换模块，否则，丢弃1553B接收消息；

(5)协议转换模块对1553B接收消息进行格式转换：

协议转换模块读取消息缓存模块中缓存的1553B接收消息，并将包含虚链路号的时间触发以太网帧头添加在1553B接收消息头部，实现对1553B接收消息的格式转换，得到时间触发以太网数据帧，然后将该时间触发以太网数据帧发送至时间触发以太网交换模块；

(6)时间触发以太网交换模块对协议转换模块转换得到的时间触发以太网数据帧进行转发：

(6a)时间触发以太网交换模块中的数据帧解析模块接收时间触发以太网数据帧，并对其进行解析，得到时间触发以太网数据帧的虚链路号，然后将该虚链路号发送至查表模块；

(6b)时间触发以太网交换模块中的查表模块在转发表中查询是否存在时间触发以太网数据帧虚链路号对应的目的端口号，若是，将目的端口号发送至转发模块，否则，丢弃时间触发以太网数据帧；

(6c)时间触发以太网交换模块中的转发模块接收时间触发以太网数据帧和时间触发以太网数据帧目的端口号，并将时间触发以太网数据帧通过其对应的目的端口转发至时间触发以太网端系统；

(7)时间触发以太网交换模块对时间触发以太网端系统发送的数据帧进行转发：

(7a)时间触发以太网交换模块中的数据帧解析模块接收时间触发以太网端系统发送的数据帧，并对其进行解析，得到时间触发以太网数据帧的虚链路号，然后将该虚链路号发送至查表模块；

(7b)时间触发以太网交换模块中的查表模块在转发表中查询是否存在时间触发以太网数据帧虚链路号对应的目的端口号，若是，将目的端口号发送至转发模块，否则，丢弃时间触发以太网数据帧；

(7c)时间触发以太网交换模块中的转发模块接收时间触发以太网数据帧和时间触发以太网数据帧目的端口号，若目的端口为普通时间触发以太网端口，则将时间触发以太网数据帧通过其对应的目的端口转发至时间触发以太网端系统，若目的端口为1553B总线接口，则将时间触发以太网数据帧发送至1553B总线处理模块；

(8)协议转换模块对时间触发以太网数据帧进行格式转换：

1553B总线处理模块中协议转换模块将接收到的时间触发以太网数据帧，将时间触发以太网数据帧帧头去除，使其转换为1553B发送消息，并将此1553B发送消息发送至发送消息缓存模块；

(9)发送消息缓存模块对1553B发送消息进行缓存；

(10)1553B总线接口模块对1553B发送消息进行编码并发送：

1553B总线接口模块读取发送消息缓存模块中缓存的1553B发送消息，并对其进行编码后发送至1553B总线。