[发明专利]一种用于分布式控制器光纤通信协议及其实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分布式控制器光纤通信协议，特别是涉及一种飞行控制系统中，作为执行机构应用的光纤通信协议。本发明还涉及该光纤通信协议的实现装置。

背景技术

箭载飞行控制系统中，控制系统与伺服系统、测量系统、平台设备之间主要应用MTL-STD-1553B总线进行通讯，作为第一代军用通讯总线技术，MTL-STD-1553B总线采用命令响应方式，由控制系统发出指令，目标子系统响应指令后向控制系统返回消息。MTL-STD-1553B总线速率最高为1Mbps，总线上节点最多为32个，采用1553B屏蔽电缆作为传输介质；随着航天产品对数据传输的要求越来越高，电子设备数量多，测量数据量大，电磁环境复杂，对重量限制要求苛刻，急需研制开发新一代航天数据总线产品。

FC(Fiber Channel)，即光纤通道，是一种高速串行总线传输协议，单条链路数据速率从100Mbps到10Gbps，支持多种上层应用协议映射，其中FC-AE为光纤通道航空电子环境网络协议，在航空航电系统设计中已有采用，光纤通道已成为国际公认的第二代军用总线协议发展趋势；FC-AE-1553是MTL-STD-1553B在光纤通道航空电子环境的上层映射协议，方便在两种协议之间平滑过度，其具备高速率、低延迟、低误码率的特性，支持三种拓扑结构，点对点、仲裁环和交换式网络。点对点拓扑结构不能满足箭上产品多节点通讯的需求；交换式网络拓扑结构需要专用的交换机设备，不适合箭上伺服系统的特殊环境条件、节点较少和小型化设计等需求特征；环形拓扑结构能够满足分布式控制产品多点通讯需求，不需要专用的交换机设备，通信速率可达到2.5Gbit/s，节点数量达到127个，省去了大量的模拟量电缆，易于实现产品的小型化、轻量化，因此采用分布式控制、环形拓扑结构的光纤总线通信技术是箭上飞行控制系统和伺服系统发展的必然趋势。

在光纤通道仲裁环协议里，节点间的通讯延时无法确定，环上的节点只有检测到总线处于空闲状态才能通过仲裁获得总线的使用权，从而与目的节点建立双向连接，通讯过程中的非目的节点直接让数据通过，任一时刻，只有一对节点使用总线，其它节点只能等到他们放弃总线使用权才能获得仲裁。

在飞控系统与伺服系统通讯过程中，伺服系统采用分布式控制，总线环路上的各节点需在同一指令周期响应指令并向主节点返回测量信息，仲裁环协议难以满足上述需求，需要设计一种适用于分布式控制系统的光纤通信协议。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种满足航天飞行控制系统中作为执行机构的伺服系统应用的二级总线协议，可以实现一个指令周期内所有节点接收并执行指令，同时向控制系统返回测量数据，总线速率可达2.5Gbps，进一步满足航天电子设备应用光纤通讯技术的发展需求的用于分布式控制器光纤通信协议。

为解决上述技术问题，本发明一种用于分布式控制器光纤通信协议，

消息队列由S₁、S₂……S_n节点数据帧和M节点指令帧组成；

每个指令周期由M节点发起，M节点将各S节点信息形成指令帧信号写入M指令帧站队区，并向S₁节点发出；

S₁节点检测到指令帧信号后，将指令帧存入M指令帧站队区，并向下一个S节点转发指令帧，以此类推，S_n节点将指令帧发送给M节点并覆盖M指令帧站队区；

对于S₁节点，数据帧直接向下一节点传送；对于S_n(n≥2)节点，接收上一节点数据帧和本节点数据帧，形成一个新的消息队列向下一节点传输；以此类推，S_n节点的消息队列包含所有S节点的数据帧向M节点传输；

M节点检测到数据帧信号后，将数据帧写入消息队列的各节点数据帧站队区，与之前接收并覆盖的指令帧形成一个完整的消息队列。

本发明还提供一种该光纤通信协议的实现装置，包括CPU读写接口、GTP接收端口、GTP发送端口、消息队列检阅区、接收数据FIFO、发送数据FIFO、CPU端口状态机、接收端口状态机、发送端口状态机、以及地址切换开关；

CPU读写接口：提供CPU双向数据接口，输入CPU中断信号，输出CPU读写逻辑；

GTP接收端口：输入接收总线串行数据，输出并行接收数据1、GTP按收控制逻辑；

GTP发送端口：接收并行发送数据2、GTP发送控制逻辑；输出发送总线串行数据；