阅读说明：本技术 航电系统虚通道链路实时创建方法 (Real-time creating method for virtual channel link of avionic system ) 是由 朱道山 邵永杰 钟瑜 方科 谢玲 于 2020-04-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种航电系统虚通道链路实时创建方法,旨在提供一种简单可靠,快速灵活,复杂度低的虚通道链路创建方法。本发明通过下述技术方案予以实现：基于高速串行RapidIO总线,向节点管理软件发送虚通道链路创建请求,以通道名称作为通信双方节点之间虚通道链路的首要标识,通过外部微控制单元MCU或各通信节点调试接口,注入通信双方节点的虚通道名称及虚通道相关参数；然后,节点管理软件在对各通信节点发起的虚通道创建请求信息进行存储后,对收发双方的相关参数的一致性进行匹配；按照一致性判定结果,把虚通道相关配置信息下发至相关通信节点,等待各相关节点返回确认字符ACK信号,确定是否完成虚通道链路创建工作。(The invention discloses a virtual channel link real-time creating method for an avionic system, and aims to provide a virtual channel link creating method which is simple, reliable, rapid, flexible and low in complexity. The invention is realized by the following technical scheme: based on a high-speed serial RapidIO bus, sending a virtual channel link establishing request to node management software, taking a channel name as a primary identifier of a virtual channel link between two communication nodes, and injecting the virtual channel name and virtual channel related parameters of the two communication nodes through an external micro control unit MCU or debugging interfaces of each communication node; then, after storing the virtual channel creation request information initiated by each communication node, the node management software matches the consistency of the relevant parameters of the transmitting party and the receiving party; and according to the consistency judgment result, issuing the virtual channel related configuration information to the related communication nodes, waiting for acknowledgement character ACK (acknowledgement character) signals returned by the related nodes, and determining whether the virtual channel link establishment work is completed.)

航电系统虚通道链路实时创建方法

技术领域

本发明涉及航空电子通信领域的航电系统虚通道链路实时创建方法

背景技术

近年来,随着不同领域中新型的富于吸引力的多媒体业务的出现，人们已经投入了大量的研究工作到异步传输模式ATM网的建设中。为了方便对业务流的控制和网络资源的管理,ATM网络引入了虚通道VP(virtualpath)的概念。ATM交换机是根据信元头的信息，基于信元完成的。一个ATM交换机可能只使用信元头的虚通道(VirtualpathIdentifier，VPI)部分，或只使用虚通路(virtualchannelidentifier，VCI)部分，或者两个部分都使用来决定如何转发信元。虚通道标识符简单来说是指用于识别通信的虚通道的一个逻辑号。虚通道链路是在对虚通道链路赋予虚路径标识符VPI值的点和转换或取消该标识的另一点之间具有相同虚通道标识的一组链路。在物理介质上，虚路径和通道并不是并行传输的，ATM不利用频率或微波的多路复用。在路径上的所有输入虚通道都可导向某些输出通道，这便于数据单元的管理。这种处理的优点是更快地吞吐及在交换设备上较低的内部延迟。每个连接分配一个唯一的虚路径标识符(VPI)和虚通道标识符(VCI)。虚路径和虚通道在物理介质上是以相同的波长传输的，区分的方法是在信元标头中***不同的VPI/VCI值。VPI/VCI的组合用来区分ATM网络内部的一个连接。采用VPI/VCI标识符，ATM网上的许多端点可以互相映射。在ATM的虚路径和虚通道在信元结构中，VPI和VCI是最重要的两部分。这两部分合起来构成了一个信元的路由信息，也就是这个信元从哪里来，到哪里去。ATM交换机就是根据各个信元上的VPI－VCI来决定把它们送到哪一条线路上去。用同步时分复用的办法可以把一条通信线路分割成若干个子信道，如一条窄带ISDN用户线路可以分割成两个64kbit/sB信道和一个16kbit/s的D信道。在异步传递方式中，使用虚路径和虚通道的概念，也可以把一条通信线路划分成若干个子信道。在线路上所有VPI＝1的信元属于一个子信道，所有VPI＝2的信元属于另一个子信道，一般把这两个子信道都叫做虚路径，每个虚路径还可划分为若干个虚通道。宽带ISDN用户线路采用ATM方式的重要优点是可以灵活地把用户线路分割成速率不同的各个子信道，以适应不同的通信要求。这些子信道就是虚路径和虚通道。在不同的时刻，用户的通信要求不同，虚路径和虚通道的使用就不一样。当需要某一个通信时，ATM交换机就可为该通信选择一个空闲中的VPI和VCI，在通信过程中，该VPI－VCI就始终表示该通信在进行，当该通信使用完毕后，某VPI－VCI就可以为其他通信所用了。这种通信过程就称为建立虚路径、虚通道和拆除虚路径、虚通道。一条虚路径是一种可适用于所有虚通道的逻辑结构。一个虚路径标识符内可放入多条虚通道。路径/通道概念的使用允许ATM交换设备以相同的方式在一条路径上处理所有的通道。路径可以将许多通道绑在一起作公共处理。对于要求服务类的连接(通道)公共处理是需要的。在一个传输链路上每个虚联接可以用虚路径标识符VPI和虚通道标识VCI的值唯一标识。ATM中的虚联接由虚通路VP和虚信道VC组成ATM采用面向联接的传输方式将数据分割成固定长度的信元并通过虚联接进行交换。ATM中的虚联接由虚通路VP和虚通道VC组成。在虚联接中相邻两个交换机间信元的虚路径标识符VPI、VCI值保持不变，当信元经过交换机时，其信元头中VPI、虚信道标识VCI值将根据要发送的目的地参照联接映像表被映射成新的虚路径标识符VPI、VCI。这样通过一系列VP、VC交换信元被准确地传送到目的地。由于一个虚通道VP包括许多个虚通路VC，而每一个虚通道具有一个唯一的虚通道标识符VPI(这里VP相当于群路而VC相当于话路)。每一条虚通路都要占据VCI转换表的一行，当建立的虚连接较多，并且不断地建立和释放时，对交换机的内存和处理机来说都是相当大的负担。VP拓扑结构优化的问题主要有VP终端的选择、VP带宽的确定及VP路由的规划。其中为呼叫建立连接服务的路由规划技术,简称VPR问题,是一个NP完全问题。提出了两种基于最小路由的算法。一种是最小路由分流算法VP的流量要求即带宽均衡的分到各个最短路由上,但这种方法由于同一VP使用多条路由,会带来复用增益的下降和VP管理的困难；另一种方法是随机最小路由算法,在连接VP的最小路由中随机选择通信一条路由,并证明了这种算法以概率l保证max2lnmmax,这一解的性能并不能让人满意。

航空电子系统，简称航电系统，是现代民用飞机的重要组成部分。组成航电系统的各个机载设备间通过航空总线进行数据传输。常见的大型民用飞机航空总线有AFDX、ARINC429等类型。随着信息技术的推动和信息条件下高效运行需求的牵引，航电系统结构已由联合式数字结构演变到超大规模高度集成模块化结构。航电系统任务量成倍的增加，实现的功能日益复杂，尤其在雷达、数据链等领域，对信息的处理、分发速度和带宽要求越来越高。传统共享I/O并行总线的传输方式已成为航电系统瓶颈，基于包交换体系结构高速串行RapidIO总线以其高带宽、低延时、高可靠性等特点为满足航电系统内多处理器间的高速互连提供了良好的解决方案。目前，对于航电系统内多个通信节点间互连通信，采用虚通道通信是较好的方式，通过软件异构的方式在多个通信节点之间创建一个或多个虚拟通信链路，屏蔽软硬件底层信息，并对不同的通信节点，提供统一的接口，完成各通信节点间数据、控制、命令等信息的分发与接收。

在现有航电系统中，多节点间互连通信的虚通道链路的创建，一般都是采用预先配置固定通道的方式实现。首先，需要对航电系统内所有通信节点的链路关系进行梳理，确定各通信节点间互连通信需要的虚通道个数。然后，确定各通信节点间不同虚通道的方向、缓存个数、大小、端口号都相关参数。确定以上各节点预先配置的相关信息后，形成虚通道预先配置表，在系统初始化后，依据虚通道预先配置表中的信息，进行各节点虚通道链路的创建。采用上述预先配置固定的方式创建虚通道链路，流程相对简单，但只适用于规模不大的航电系统。对于大型的航电系统来说，会存在以下三个弊端。首先，增加了航电系统的维护成本。大型的航电系统内，存在的通信节点数量多达几十上百，各通信节点间的虚通道链路数量加起来会多达成百上千。梳理一次相关虚通道链路信息所花费时间是巨大的，尤其是在航电系统内，每新增或者减少一个通信节点时，都需要重新进行一次上述梳理工作。其次，降低了航电系统的实时性，每次调整虚通道的参数及链接关系，都需要在航电系统初始化后进行，无法支持航电系统内实时性要求较高的功能进行实时虚通道链路创建的需求。再者，对于FPGA通信节点来说，所有的虚通道都是预先和端口号绑定的，无法在FPGA程序运行时修改虚通道的绑定关系，增加了航电系统内软硬件的耦合性，不利于程序的移植工作。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处和航电系统中多节点高效灵活部署运行的需求，提供一种人力维护成本低、实时性高、不受硬件实际功能的约束，能够降低软硬件耦合度的航电系统虚通道链路创建方法，以解决现有航电系统内虚通道链路创建预先配置方案在人力维护成本高、低实时性、软硬件耦合度高等方面的问题。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种航电系统虚通道链路实时创建方法，其特征在于包括如下步骤：首先，由航电系统内两个或两个以上通信节点，基于高速串行RapidIO总线，通过内存映射写的方式向节点管理软件发送虚通道链路创建请求，以航电系统内具有排他性的虚通道名称作为通信双方节点之间虚通道链路的首要标识，通过外部微控制单元MCU或各通信节点调试接口，注入通信双方节点的虚通道名称及虚通道相关参数，然后，节点管理软件在对各通信节点发起的虚通道创建请求信息进行存储后，对收发双方在虚通道名称、缓存个数、大小的相关参数的一致性进行匹配；然后根据一致性匹配结果，决定是否对相关通信双方节点进行虚通道链路创建；在航电系统初始化完成后，节点管理软件进入通信节点虚通道链路创建流程，通过对通信双方节点的虚通道名称、缓存个数、大小的相关参数的一致性关系来判定是否进行创建虚通道链路，并按照一致性判定结果，把虚通道相关配置信息下发至相关通信节点，等待各相关节点返回确认字符ACK信号，确定是否完成虚通道链路创建工作。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

人力维护成本低、实时性高。本发明针对航电系统内两个或两个以上通信节点，采用基于高速串行RapidIO总线，通过内存映射写的方式向节点管理软件发送虚通道创建请求信息。节点管理软件存储相关通信节点发来虚通道创建请求信息后，通过对虚通道名称、缓存个数、大小等相关参数一致性匹配，决定是否对相关通信节点进行虚通道创建。利用航电系统内两个或两个以上通信节点主动向节点管理软件申请创建虚通道链路的方式，实现虚通道链路的实时创建，不再需要专人负责虚通道链路的创建工作，节约了大量的人力，提高了航电系统的实时性。

本发明利用航电系统内两个或两个以上通信节点主动向节点管理软件申请创建虚通道链路的方式，同一个虚通道名称有且仅会出现一次。通信双方节点之间需要几个虚通道，就对应几个不同的虚通道名称，实现虚通道链路的实时创建。虚通道链路通过名称排他性设置，作为虚通道链路的首要标识，不再和预先配置表中的虚通道端口号进行绑定。通信双方节点之间需要几个虚通道，就对应几个不同的虚通道名称。通过使用虚通道名称，取代原设计中FPGA通信节点虚通道链路与端口号绑定的关系，使得FPGA通信节点与PPC、DSP等处理器通信节点在虚通道链路创建方面保持一致，不再受硬件实际功能的约束，降低了软硬件的耦合度。

附图说明

为了更清楚地理解本发明，现将通过参照附图，来描述本发明，其中：

图1是本发明的通信节点虚通道链路创建请求参数示意图。

图2是本发明的通信节点虚通道链路主动创建流程图。

下面将结合附图对本发明的实施进行进一步具体的描述。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，首先，由航电系统内两个或两个以上通信节点，基于高速串行RapidIO总线，通过内存映射写的方式向节点管理软件发送虚通道链路创建请求，以航电系统内具有排他性的虚通道名称作为通信双方节点之间虚通道链路的首要标识，通过外部微控制单元MCU或各通信节点调试接口，注入通信双方节点的虚通道名称及虚通道相关参数，然后，节点管理软件在对各通信节点发起的虚通道创建请求信息进行存储后，对收发双方在虚通道名称、缓存个数、大小的相关参数的一致性进行匹配；然后根据一致性匹配结果，决定是否对相关通信双方节点进行虚通道链路创建；在航电系统初始化完成后，节点管理软件进入通信节点虚通道链路创建流程，通过对通信双方节点的虚通道名称、缓存个数、大小等相关参数的一致性关系来判定是否进行创建虚通道链路，并按照一致性判定结果，把虚通道相关配置信息下发至相关通信节点，等待各相关节点返回确认字符ACK信号，确定是否完成虚通道链路创建工作。通信节点收到节点管理软件下的虚通道配置信息后，对虚通道配置信息进行解析，并对相关节点的虚通道名称、缓存大小、个数等相关参数进行更新，以便在下次通信时使用。虚通道链路实时创建方式，可以在航电系统初始化完成后的任意时刻进行。

图1中，虚通道链路实时创建工作步骤：为保证在一个大型航电系统内虚通道名称不重复，虚通道创建请求参数包含至少4个字段，32Byte的虚通道名称，1Byte的虚通道个数，4Byte的虚通道大小，3Byte的控制参数，共40个Byte，符合RapidIO协议传输数据包大小要求。其中，虚通道名称字段选择Byte字节是由于在FPGA通信节点内，虚通道名称需要采用字符串类型，1个字符占1Byte，32Byte可以表示32个字符。1Byte的虚通道个数字段，可表示1～255个虚通道个数。4Byte虚通道大小字段，可表示1Byte～4GByte内存大小。3Byte的控制参数，表示方向、流控、可靠传输等参数的传递。

参阅图2。航电系统初始化完成后，可以进入通信节点虚通道链路主动创建流程。首先，通信节点1～N通过SRIO交换网络向节点管理软件发送虚通道链路创建请求，节点管理软件记录节点1～N内所有通道创建请求信息，在对节点1～N内所有通道创建请求信息进行匹配后，下发匹配信息到节点1～N。节点管理软件从收到第一个通信节点虚通道链路创建请求开始计时，在航电系统单次虚通道链路创建约定的时间T₀之内，记录接收到的所有虚通道创建请求，舍弃超过T₀后接收到的虚通道创建请求信息。在达到T₀时间之后，节点管理软件进入通信节点虚通道链路参数匹配流程。在虚通道创建参数匹配流程内，采用轮询的方式进行，从编号最小的发送虚通道链路创建请求的通信节点开始，逐个和剩余通信节点进行虚通道名称及相关参数匹配，待T₀时间内记录的所有虚通道创建请求信息全部遍历完。若所有参数均匹配成功则记录下来，并给该组通信节点相关的链路分配端口号等信息。若在规定的时间内完成匹配，管理通信节点软件打印通道匹配成功信息，并向通信双方通信节点下发虚通道创建相关的参数信息；若在规定的时间内未完成匹配，则打印通道匹配不成功信息，并通知通信双方通信节点虚通道创建失败。对匹配成功的通信节点，发送虚通道链路创建指令，在各通信节点返回ACK信号后，本轮虚通道链路主动创建流程结束。对匹配失败的虚通道创建请求，在管理通信节点软件界面通过打印的方式进行显示。在数据通信中，确认字符ACK(Acknowledgement)是接收站发给发送站的一种传输类控制字符，表示发来的数据已确认接受无误。当发送方接收到ACK信号时，就可以发送下一个数据。如果发送方没有收到信号，那么发送方可能会重发当前的数据包，也可能停止传送数据。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和原则下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。