CN113411242A - 时间触发机制下异步多优先级调度处理方法 - Google Patents

时间触发机制下异步多优先级调度处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法，由应用软件的调度端口将数据流存入到指定的缓存地址，并将数据流的虚通道的索引号和子虚通道的索引号存入多优先级调度共享队列中对应的队列中；优先级调度软件在每个调度周期依次判断各队列的起始端的是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将对应队列的使能标识置使能；发送协议处理软件按从高到低的优先级来依次轮询各队列的使能标识，在使能标识置使能时则根据各队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据流进行时间触发通信协议组包发送。本发明将时间触发以太网的部分协议功能软件化，满足主应用控制端和调度协议处理端异步交互的实时性。

Description

时间触发机制下异步多优先级调度处理方法
技术领域
本发明属于航空电子系统中的机载总线通信技术领域，特别涉及时间触发通信架构下以太网的高实时性和高确定性的异步多优先级调度处理方法。
背景技术
现有主流的航空机载总线网络，由于采用基于事件触发通信机制，网络的端系统随时接入通信，有消息即可发送，不可避免的造成传输竞争，给端到端数据流传输带来不可控的延时和抖动，无法满足新型的航空电子系统对不同时间关键性和安全性相关的分布式通信应用的需求。时间触发以太网(TTE)属于时间触发架构下的新一代航空机载总线，在引入了时钟同步机制的基础上建立了全局的网络同步时钟，通过确定性的时间触发通信机制保证无竞争的TT帧通信，极大提高了网络通信的时间确定性和实时性；同时支持事件触发通信帧的传输，满足不同时间关键性等级的应用任务集成。
当前的时间触发以太网络通常采用硬件方式实现其时间触发实时调度，硬件实现协议栈功能实时性强，但相对灵活性不够，很难适配到一些低功耗低成本的应用场景。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法，将时间触发以太网的部分协议功能软件化，同时时间触发以太网的主处理器通常与通信板卡采用异步交换模式，提高主应用控制端和调度协议处理端之间通信数据交互实时性，提高TT处理的相应等级，满足主应用控制端和调度协议处理端或者其他形式的模块间异步交互的实时性。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法，包含以下步骤：
应用软件的调度端口先查询映射关系表获取数据流对应的虚通道的索引号和虚通道下子虚通道的索引号，通过子虚通道的头尾指针将数据流存入到虚通道共享缓存中指定的缓存地址，并根据数据流的类别将虚通道的索引号和子虚通道的索引号存入多优先级调度共享队列中对应的队列中；数据流的类别为时间触发数据TT、流量控制数据RC和尽力传输数据BE，对应的多优先级调度共享队列中的队列为TT队列、RC队列和BE队列；
优先级调度软件在每个调度周期依次判断TT队列起始端、从高到低的各级RC队列的起始端、BE队列的起始端的是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将对应队列的使能标识置使能，并将各队列的下一地址作为起始端完成一轮环形调度队列寻址调度；
发送协议处理软件按从高到低的优先级来依次轮询TT队列、RC队列和BE队列的使能标识，在使能标识置使能时则根据各队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据流进行时间触发通信协议组包发送。
本发明的有益效果在于：
本发明利用基于具有故障容忍的网络时钟同步基础上建立的时间触发传输机制，能够实现TT数据流在网络中无竞争的传输，可以大大提高数据通信的确定性和实时性；同时其强大的故障检测和故障容忍隔离，大大提高了网络通信的可靠性和安全性，使得该机载总线可以更好的胜任实时性要求和安全性要求苛刻的应用场合。
附图说明
图1为调度端口、虚通道、子虚通道的对应关系图。
图2为一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例所示的一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法由主应用控制端和调度协议处理端相互配合完成。主应用控制端和调度协议处理端可运行于一个硬件模块或者两个硬件间，主应用控制端指运行应用软件的处理模块端；调度协议处理端指运行优先级调度软件和发送协议处理软件的处理模块端。
主应用控制端可定义多个独立的数据流,在时间触发机制下，数据流按数据类型可分为时间触发数据TT、流量控制数据RC和尽力传输数据BE，优先级的高低顺序为TT>RC>BE。其中RC可为划分为两个以上的优先级，TT和BE只存在一个优先级。
调度协议处理端上还建立了虚通道共享缓存和多优先级调度共享队列。虚通道共享缓存设有若干条虚通道，每条虚通道管理一组子虚通道，虚通道对管理的子虚通道进行0开始的索引编号。虚通道根据数据类型也可以划分为TT类虚通道、RC类虚通道和BE类虚通道，其下管理的子虚通道分别用于存储对应的数据流。参见图1所示，应用软件的每个调度端口通过唯一对应的虚通道映射到虚通道管理下唯一子虚通道，实现调度端口与子虚通道的一一映射，将调度端口、虚通道、子虚通道的映射关系组成映射关系表，调度端口可通过查询映射关系表获取对应的虚通道的索引号和虚通道管理下子虚通道的索引号。
多优先级调度共享队列由TT队列、RC队列、BE队列构建成一个环形调度队列。其中RC队列根据定义的RC数据优先级来构建组合队列；TT队列设置为多优先级调度共享队列的起始端，移动跳过TT队列元素，指向RC高优先级队列的起始端，然后指向RC下一优先级队列的起始端，直到指向BE队列的起始端，完成一轮环形调度队列寻址调度。
参见图2所示，在实施调度时，应用软件的调度端口先查询映射关系表遍历出虚通道的索引号，再获取虚通道下子虚通道的索引号，通过子虚通道的头尾指针将数据流存入到虚通道共享缓存中指定的缓存地址，并根据数据流的类别将虚通道的索引号和子虚通道的索引号存入多优先级调度共享队列中对应的队列中。
优先级调度软件在每个调度周期依次判断TT队列的起始端、从高到低的各级RC队列的起始端、BE队列的起始端的是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将对应队列的使能标识置使能，并将各队列的下一地址作为起始端完成一轮环形调度队列寻址调度。具体步骤如下：
步骤A、从多优先级调度共享队列的起始端开始调度，判断TT队列是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将TT队列的使能标识置使能，记录当前调度的TT队列地址的下一个地址作为下一轮调度的起始端，并跳转到RC高优先级队列的起始端；否则直接跳转到RC高优先级队列的起始端，记录多优先级调度共享队列的起始端地址作为下一轮调度起始位置；
步骤B、判断RC高优先级队列的起始端是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将RC队列的使能标识置使能，记录当前调度的RC队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置，并跳转到BE调度队列的起始端；否则直接跳转到RC下一级优先级队列的起始端；按上述方式完成所有RC高低优先级队列的调度，在调度RC帧索引队列过程中，一旦RC队列的使能标识置使能则跳转到BE调度队列的起始端，记录对应RC优先级队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置；如果整个RC高低优先级队列的调度完，RC队列的使能标识置未使能，则记录对应RC优先级队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置，记录RC高优先级队列的起始端地址作为下一轮调度起始位置；
步骤C、判断BE调度队列的起始端是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将BE队列的使能标识置使能，记录当前调度的BE队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置，并跳转到TT上一轮调度完成后记录的地址处开始调度；否则直接跳转到TT上一轮调度完成后记录的地址处开始调度，记录BE调度队列的起始端地址作为下一轮调度起始位置；
发送协议处理软件按从高到低的优先级来依次轮询TT调度使能标识、RC调度使能标识和BE调度使能标识，在使能标识置使能时则根据各队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据流进行时间触发通信协议组包发送，具体包含以下过程：
当TT队列的使能标识置使能时，根据TT队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据进行时间触发通信协议组包发送；当TT队列的使能标识未使能时，则判断RC使能标识置；
当RC队列的使能标识置使能时，根据RC队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据进行时间触发通信协议组包发送，RC队列的使能标识未使能，则判断BE使能标识置；
当BE队列的使能标识置使能时，根据BE队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据进行时间触发通信协议组包发送，BE队列的使能标识未使能，则返回到上一轮多优先级调度共享队列指向的位置处开始调度。
本实施例所示的一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法的优势为：
1、能够及时响应主应用控制端发送的TT帧，按最高优先级，最快速率进行协议处理发送；
2、每次调度遍历其他优先级类型的数据，保证了调度公平性；
3、各类型数据内的各端口数据按照每次偏移轮询的机制调度，避免了同类型数据的不同端口存在调度阻塞的情况；
4、调度效率高，执行时延短。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法，其特征在于包含以下步骤：
应用软件的调度端口先查询映射关系表获取数据流对应的虚通道的索引号和虚通道下子虚通道的索引号，通过子虚通道的头尾指针将数据流存入到虚通道共享缓存中指定的缓存地址，并根据数据流的类别将虚通道的索引号和子虚通道的索引号存入多优先级调度共享队列中对应的队列中；数据流的类别为时间触发数据TT、流量控制数据RC和尽力传输数据BE，对应的多优先级调度共享队列中的队列为TT队列、RC队列和BE队列；
优先级调度软件在每个调度周期依次判断TT队列的起始端、从高到低的各级RC队列的起始端、BE队列的起始端的是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将对应队列的使能标识置使能，并将各队列的下一地址作为起始端完成一轮环形调度队列寻址调度；
发送协议处理软件按从高到低的优先级来依次轮询TT队列、RC队列和BE队列的使能标识，在使能标识置使能时则根据各队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据流进行时间触发通信协议组包发送。
2.根据权利要求1所述的一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法，其特征在于优先级调度软件的执行步骤如下：
步骤A、从多优先级调度共享队列的起始端开始调度，判断TT队列是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在则将TT队列的使能标识置使能，记录当前调度的TT队列地址的下一个地址作为下一轮调度的起始端，并跳转到RC高优先级队列的起始端；否则直接跳转到RC高优先级队列的起始端，记录多优先级调度共享队列的起始端地址作为下一轮调度起始位置；
步骤B、判断RC高优先级队列的起始端是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在将本级的RC队列的使能标识置使能，记录当前调度的RC队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置，并跳转到BE调度队列的起始端；否则直接跳转到RC下一级优先级队列的起始端；按上述方式完成所有RC高低优先级队列的调度，在调度RC帧索引队列过程中，一旦RC队列的使能标识置使能则跳转到BE调度队列的起始端，记录对应RC优先级队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置；如果整个RC高低优先级队列的调度完，RC队列的使能标识置未使能，则记录对应RC优先级队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置，记录RC高优先级队列的起始端地址作为下一轮调度起始位置；
步骤C、判断BE调度队列的起始端是否存在虚通道的索引号和子虚通道的索引号，如果存在将BE队列的使能标识置使能，记录当前调度的BE队列地址的下一个地址作为下一轮调度起始位置，并跳转到TT上一轮调度完成后记录的地址处开始调度；否则直接跳转到TT上一轮调度完成后记录的地址处开始调度，记录BE调度队列的起始端地址作为下一轮调度起始位置。
3.根据权利要求1所述的一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法，其特征在于发送协议处理软件的执行步骤如下：
当TT队列的使能标识置使能时，根据TT队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据进行时间触发通信协议组包发送；当TT队列的使能标识未使能时，则判断RC使能标识置；
当RC队列的使能标识置使能时，根据RC队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据进行时间触发通信协议组包发送；当RC队列的使能标识未使能时，则判断BE队列的使能标识置；
当BE队列的使能标识置使能时，根据BE队列中存储的虚通道的索引号和子虚通道的索引号指向的缓存空间提取数据进行时间触发通信协议组包发送，BE队列的使能标识未使能，则返回到上一轮多优先级调度共享队列指向的位置处开始调度。
4.根据权利要求1所述一种时间触发机制下异步多优先级调度处理方法，其特征在应用软件运行在主应用控制端；优先级调度软件、发送协议处理软件、虚通道共享缓存和多优先级调度共享队列运行在调度协议处理端。
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