[发明专利]基于跨频段时间触发通信的交换方法

说明书

本发明公开了一种基于跨频段时间触发通信的交换方法，包含以下步骤：设定交换结构各输入端口、输出端口对应的传输频率、以及为输入端口、输出端口分配访问共享缓存区的时间片数量；输入端口在数据帧对应的接收时间窗口内接收数据帧，在分配的时间片上将数据帧写入共享缓存区；输出端口在分配的时间片上从共享缓存区读取完整的数据帧，在发送时间窗口将数据帧转发至物理链路，从而完成交换结构从接收到转发的完整功能。本发明实现了高频段到低频段、低频段到高频段以及同频段之间时间触发数据的交换转发。

技术领域

本发明应用于基于时间触发(time-triggerd,TT)通信机制的交换式网络；在这样的网络中，采用本发明能够实现高频段到低频段、低频段到高频段以及同频段之间TT数据流的交换转发，并通过静态配置转发等待时延提供交换结构的确定性时延，提高TT数据流的时间确定性。

背景技术

时间触发通信的基础在于分布式节点的本地时钟同步，不同于事件触发通信随机接入数据流的传输方式，TT通信具有严格的时间调度表，按时触发数据流的传输。TT通信可以为系统中的安全关键性数据流提供严格的时间确定性，在航空航天、车辆电子等系统中得到应用。

TT数据流通常满足严格周期性，属于同一TT流量的两个连续TT消息之间的时间间隔是固定的，即为调度周期。每一条TT流对应的传输路径、源端和目的端也是通过提前的静态规划得到的。依据规划的传输路径和相关调度算法，基于全局时钟可以规划得到全网的TT流量静态调度表，静态调度表中包含每条TT流量传输过程中的发送时间窗口和接收时间窗口。所有网络节点根据调度表对TT消息进行收发，规避了流量传输过程中的冲突和竞争，并满足了TT消息传输的实时性。

交换结构作为交换式网络的核心，为TT数据任务提供分组交换服务。TT数据流经过MAC层封装为数据帧后，根据帧中的MAC地址将它们向不同的端口转发，实现TT数据在网络上的传输。交换结构具备过滤功能、交换功能和静态路由等特点，其接收输出端口可以分别与端系统或交换结构互连，从而构建完整的交换式网络。交换结构与端系统或交换结构互连的不同物理链路传输速率是固定，并且可以根据通信需要设置物理链路所属的通信频段。

交换结构中共享缓存交换结构是其中较为常见的一种。共享缓存交换结构中所有的输入端口和输出端口都共享一个缓存区域，进入交换结构的所有数据流都先存入共享缓存区域后等待调度转发。该结构实质上是时分复用的，在同一个单位时间片内只允许一个端口读或写。保证交换结构各端口读写操作的公平性，并且不会带来带宽上的浪费是共享缓存交换结构的关键。本发明针对TT通信，设计了一种支持跨频段数据流交换转发并且支持静态配置转发等待时延的共享缓存交换结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于跨频段时间触发通信下的交换方法，用以实现高频段到低频段、低频段到高频段以及同频段之间时间触发数据的交换转发，并通过静态配置交换结构的转发等待时延，解决直通式交换结构无法根据时间触发通信的调度需求灵活调整转发等待时延的问题，提高网络系统的时间确定性。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于跨频段时间触发通信的交换方法，包含以下步骤：

步骤1：设定交换结构各输入端口、输出端口对应的传输频率f_j、以及为输入端口、输出端口分配访问共享缓存区的时间片数量m_j；

其中，

j为端口号，F_S共享缓存区的读写频率，k为数据线的有效位宽，M为总循环读写时间片数量；

步骤2：输入端口按照设定的传输频率在数据帧对应的接收时间窗口内接收数据帧；

步骤3：输入端口在分配的时间片上将数据帧写入共享缓存区，根据接收数据帧对应的输出端口，将接收的数据帧的转发信息写入对应输出端口中的转发信息缓存队列；其中，转发信息包含数据帧在共享缓存区存放的首地址和尾地址；