[发明专利]一种基于FPGA的千兆TTE端系统控制器

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的千兆TTE端系统控制器，包含主处理器、FPGA电路、电源电路和千兆PHY电路，主处理器将TT数据、RC数据、BE数据输入FPGA电路；FPGA电路按照优先级对TT、RC、BE进行协议处理，在同步时钟计时到TT时间片的起始时刻点时读取TT帧调度发送；在同步时钟计时到RT时间片时读取RC帧、BE帧调度发送；所述千兆PHY电路用于实现了物理层功能。本发明实现了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，可在一定程度上提高数据通信的时间确定性、实时性、可靠性和安全性，同时支持事件类型消息传输，满足不同实时性要求等级的应用场合。

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通信的设计方法。

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。

TTE端系统控制器作为TTE网络中不可或缺的组成部分，嵌入到每个航电通信子系统中，为各通信子系统与TTE交换机之间的连接提供统一接口，实现了网络设备间的不同时间关键性的数据传输应用。

当前主流的一种基于以太网的航空机载总线AFDX，正广泛应用于各机型的航电系统中，在引入了虚链路传输和BAG定时调度机制的基础，一定程度上提高网络的确定性，但该网络依然存在着不可预知的传输冲突和竞争，同时其100Mbps的传输带宽无法满足新型航电系统对机载总线带宽扩展需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种基于FPGA的千兆TTE端系统控制器，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。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于FPGA的千兆TTE端系统控制器，包含主处理器、FPGA电路、电源电路和千兆PHY电路，其特征在于所述FPGA电路包含TT帧调度信息缓冲区、RC帧调度信息缓冲区、BE帧调度信息缓冲区、MAC层调度TT帧缓冲区、MAC层调度RC帧缓冲区、MAC层调度BE帧缓冲区、协议处理软件和通信调度软件；

所述主处理器将TT消息输入到TT帧调度信息缓冲区，将RC消息输入到RC帧调度信息缓冲区，将BE消息输入到BE帧调度信息缓冲区；

所述协议栈软件在进入发送调度进程时，优先查询TT帧调度信息缓冲区，根据调度信息缓冲区获取的VLID参数信息索引到对应的TT帧虚拟链路缓冲区，读取该TT消息进行UDP和IP协议栈处理后拷贝传送到MAC层调度TT帧缓冲区；如果TT帧调度信息缓冲区为空，则查询RC帧调度信息缓冲区，如果非空则根据RC帧调度信息缓冲区获取的VLID参数信息索引到对应的RC帧虚拟链路缓冲区，读取该RC消息进行UDP和IP协议栈处理后拷贝传送到MAC层调度RC帧缓冲区；如果TT帧调度信息缓冲区和RC帧调度信息缓冲区均为空，则查询BE帧调度信息缓冲区，如果BE帧调度信息缓冲区非空，则对BE消息进行UDP和IP协议栈处理后拷贝传送到MAC层调度BE帧缓冲区；