一種用于分布式控制器光纖通信協(xié)議及其實現(xiàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于分布式控制器光纖通信協(xié)議，特別是涉及一種飛行控制系統(tǒng) 中，作為執(zhí)行機構(gòu)應用的光纖通信協(xié)議。本發(fā)明還涉及該光纖通信協(xié)議的實現(xiàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 箭載飛行控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、平臺設(shè)備之間主要應 用MTL-STD-1553B總線進行通訊，作為第一代軍用通訊總線技術(shù)，MTL-STD-1553B總線 采用命令響應方式，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，目標子系統(tǒng)響應指令后向控制系統(tǒng)返回消息。 MTL-STD-1553B總線速率最高為1Mbps，總線上節(jié)點最多為32個，采用1553B屏蔽電纜作為 傳輸介質(zhì)；隨著航天產(chǎn)品對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笤絹碓礁?，電子設(shè)備數(shù)量多，測量數(shù)據(jù)量大，電 磁環(huán)境復雜，對重量限制要求苛刻，急需研制開發(fā)新一代航天數(shù)據(jù)總線產(chǎn)品。
[0003] FC(Fiber Channel)，即光纖通道，是一種高速串行總線傳輸協(xié)議，單條鏈路數(shù)據(jù) 速率從IOOMbps到lOGbps，支持多種上層應用協(xié)議映射，其中FC-AE為光纖通道航空電子 環(huán)境網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在航空航電系統(tǒng)設(shè)計中已有采用，光纖通道已成為國際公認的第二代軍用 總線協(xié)議發(fā)展趨勢；FC-AE-1553是MTL-STD-1553B在光纖通道航空電子環(huán)境的上層映射協(xié) 議，方便在兩種協(xié)議之間平滑過度，其具備高速率、低延遲、低誤碼率的特性，支持三種拓撲 結(jié)構(gòu)，點對點、仲裁環(huán)和交換式網(wǎng)絡(luò)。點對點拓撲結(jié)構(gòu)不能滿足箭上產(chǎn)品多節(jié)點通訊的需 求；交換式網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)需要專用的交換機設(shè)備，不適合箭上伺服系統(tǒng)的特殊環(huán)境條件、節(jié) 點較少和小型化設(shè)計等需求特征；環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)能夠滿足分布式控制產(chǎn)品多點通訊需求， 不需要專用的交換機設(shè)備，通信速率可達到2. 5Gbit/s，節(jié)點數(shù)量達到127個，省去了大量 的模擬量電纜，易于實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化、輕量化，因此采用分布式控制、環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的光 纖總線通信技術(shù)是箭上飛行控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
[0004] 在光纖通道仲裁環(huán)協(xié)議里，節(jié)點間的通訊延時無法確定，環(huán)上的節(jié)點只有檢測到 總線處于空閑狀態(tài)才能通過仲裁獲得總線的使用權(quán)，從而與目的節(jié)點建立雙向連接，通訊 過程中的非目的節(jié)點直接讓數(shù)據(jù)通過，任一時刻，只有一對節(jié)點使用總線，其它節(jié)點只能等 到他們放棄總線使用權(quán)才能獲得仲裁。
[0005] 在飛控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)通訊過程中，伺服系統(tǒng)采用分布式控制，總線環(huán)路上的各 節(jié)點需在同一指令周期響應指令并向主節(jié)點返回測量信息，仲裁環(huán)協(xié)議難以滿足上述需 求，需要設(shè)計一種適用于分布式控制系統(tǒng)的光纖通信協(xié)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種滿足航天飛行控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行機構(gòu)的 伺服系統(tǒng)應用的二級總線協(xié)議，可以實現(xiàn)一個指令周期內(nèi)所有節(jié)點接收并執(zhí)行指令，同時 向控制系統(tǒng)返回測量數(shù)據(jù)，總線速率可達2. 5Gbps，進一步滿足航天電子設(shè)備應用光纖通訊 技術(shù)的發(fā)展需求的用于分布式控制器光纖通信協(xié)議。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種用于分布式控制器光纖通信協(xié)議，
[0008] 消息隊列由Sp S2……Sn節(jié)點數(shù)據(jù)幀和M節(jié)點指令幀組成；
[0009] 每個指令周期由M節(jié)點發(fā)起，M節(jié)點將各S節(jié)點信息形成指令幀信號寫入M指令 幀站隊區(qū)，并向S 1節(jié)點發(fā)出；
[0010] S1節(jié)點檢測到指令幀信號后，將指令幀存入M指令幀站隊區(qū)，并向下一個S節(jié)點轉(zhuǎn) 發(fā)指令幀，以此類推，S n節(jié)點將指令幀發(fā)送給M節(jié)點并覆蓋M指令幀站隊區(qū)；
[0011] 對于S1節(jié)點,數(shù)據(jù)巾貞直接向下一節(jié)點傳送；對于Sn(η > 2)節(jié)點,接收上一節(jié)點數(shù) 據(jù)中貞和本節(jié)點數(shù)據(jù)巾貞，形成一個新的消息隊列向下一節(jié)點傳輸；以此類推，Sn節(jié)點的消息隊 列包含所有S節(jié)點的數(shù)據(jù)幀向M節(jié)點傳輸；
[0012] M節(jié)點檢測到數(shù)據(jù)幀信號后，將數(shù)據(jù)幀寫入消息隊列的各節(jié)點數(shù)據(jù)幀站隊區(qū)，與之 前接收并覆蓋的指令幀形成一個完整的消息隊列。
[0013] 本發(fā)明還提供一種該光纖通信協(xié)議的實現(xiàn)裝置，包括CPU讀寫接口、GTP接收端 口、GTP發(fā)送端口、消息隊列檢閱區(qū)、接收數(shù)據(jù)FIFO、發(fā)送數(shù)據(jù)FIF0、CPU端口狀態(tài)機、接收端 口狀態(tài)機、發(fā)送端口狀態(tài)機、以及地址切換開關(guān)；
[0014] CPU讀寫接口 ：提供CPU雙向數(shù)據(jù)接口，輸入CPU中斷信號，輸出CPU讀寫邏輯；
[0015] GTP接收端口：輸入接收總線串行數(shù)據(jù)，輸出并行接收數(shù)據(jù)UGTP按收控制邏輯；
[0016] GTP發(fā)送端口 ：接收并行發(fā)送數(shù)據(jù)2、GTP發(fā)送控制邏輯；輸出發(fā)送總線串行數(shù)據(jù)；
[0017] 消息隊列檢閱區(qū)：輸入CPU數(shù)據(jù)、CPU讀寫邏輯、并行接收數(shù)據(jù)2、裝置讀寫地址、邏 輯；輸出并行發(fā)送數(shù)據(jù)1;消息隊列檢閱區(qū)用于存取消息隊列，由SpS2……Sn節(jié)點數(shù)據(jù)幀和 M節(jié)點指令幀組成，各幀在隊列中的位置約定統(tǒng)一，對于M節(jié)點，使用整塊消息隊列檢閱區(qū)， 對于Sn節(jié)點，使用M指令幀站隊區(qū)和Sl?Sn數(shù)據(jù)幀站隊區(qū)；
[0018] 接收數(shù)據(jù)FIFO :輸入并行接收數(shù)據(jù)1、GTP接收控制邏輯、RXFIFO控制邏輯；輸出 并行接收數(shù)據(jù)2 ;
[0019] 發(fā)送數(shù)據(jù)FIFO :輸入并行發(fā)送數(shù)據(jù)UTXFIF0控制邏輯；輸出并行發(fā)送數(shù)據(jù)2、GTP 發(fā)送控制邏輯；
[0020] CPU端口狀態(tài)機：輸入CPU讀寫邏輯，輸出CPU寫RAM完成信號；當檢測到CPU寫 RAM時，對數(shù)據(jù)字進行計數(shù)，當計數(shù)溢出時，產(chǎn)生CPU寫RAM完成信號；
[0021] 對于M節(jié)點，CPU只向消息隊列中寫入指令幀，對于S節(jié)點，CPU只向消息隊列中寫 入數(shù)據(jù)幀；
[0022] 接收端口狀態(tài)機：輸入GTP接收控制邏輯、讀RAM完成信號、CPU寫RAM完成信號； 輸出CPU中斷信號，接收數(shù)據(jù)寫地址、邏輯，指令或數(shù)據(jù)寫RAM完成信號，輸入輸出RXFIFO 控制邏輯；
[0023] 對于M節(jié)點：有接收指令和接收數(shù)據(jù)兩種大狀態(tài)，接收指令完成后，不產(chǎn)生CPU中 斷信號；接收數(shù)據(jù)完成后，產(chǎn)生CPU中斷信號，通知DSP讀取消息隊列中各子控制器的數(shù)據(jù) 及返回指令；
[0024] 對于S1節(jié)點：只有接收指令一種狀態(tài)，接收指令完成后，產(chǎn)生CPU中斷信號，通知 (PU讀取指令，產(chǎn)生指令寫RAM完成信號，通知發(fā)送端口狀態(tài)機向下一節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)指令；
[0025] 對于S2?Sn節(jié)點：有接收指令和接收數(shù)據(jù)兩種大狀態(tài)；接收指令完成后，產(chǎn)生CPU 中斷信號，通知CPU讀取指令，產(chǎn)生指令寫RAM完成信號，通知發(fā)送端口狀態(tài)機向下一節(jié)點 轉(zhuǎn)發(fā)指令；接收數(shù)據(jù)完成后，如果檢測到本節(jié)點CPU寫RAM信號有效，產(chǎn)生數(shù)據(jù)寫RAM完成 信號，通知發(fā)送端口狀態(tài)機向下一節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；
[0026] 發(fā)送端口狀態(tài)機：輸入數(shù)據(jù)或指令寫RAM完成信號；輸出發(fā)送數(shù)據(jù)讀地址、邏輯， TXFIFO控制邏輯，讀RAM完成信號；
[0027] 對于M節(jié)點：只有發(fā)送指令一種大狀態(tài)，GTP端口發(fā)送狀態(tài)機將消息隊列檢閱區(qū)中 的指令幀寫入TXFIF0,向接收端口狀態(tài)機產(chǎn)生讀RAM完成信號；
[0028] 對于S1節(jié)點：有發(fā)送數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)指令兩種大狀態(tài)；所述發(fā)送數(shù)據(jù)只包括本節(jié)點數(shù) 據(jù)；當檢測到接收端口狀態(tài)機輸出的數(shù)據(jù)或指令寫RAM完成信號有效時，將消息隊列檢閱 區(qū)中的數(shù)據(jù)幀或指令幀寫入TXFIF0,并產(chǎn)生讀RAM完成信號；
[0029] 對于S2-Sn節(jié)點：有發(fā)送數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)指令兩種大狀態(tài)；所述發(fā)送數(shù)據(jù)包括本節(jié)點數(shù) 據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)上一節(jié)點數(shù)據(jù)；當檢測到接收端口狀態(tài)機向輸出的指令寫RAM完成信號后，將消 息隊列檢閱區(qū)中的指令幀寫入TXFIF0,并產(chǎn)生寫RAM完成信號；當接收上一節(jié)點數(shù)據(jù)幀完 成，并檢測到本節(jié)點CPU寫數(shù)據(jù)完成，將消息隊列檢閱區(qū)中的數(shù)據(jù)幀寫入TXFIF0,并產(chǎn)生寫 RAM完成信號；
[0030] 地址切換開關(guān)：輸入數(shù)據(jù)或指令寫RAM完成信號、讀RAM完成信號、接收數(shù)據(jù)寫地 址、邏輯、發(fā)送數(shù)據(jù)讀地址、邏輯；輸出裝置讀寫地址、邏輯；
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