[发明专利]可靠地交换同步讯息的方法和交换单元

说明书

技术领域

本发明涉及在由若干个节点计算机组成的分布式计算机系统中可靠地交换同步讯息的方法，其中支援符合IEEE标准1588的透传时钟(transparent clock)的管理。

本发明也涉及用于执行这样的方法的装置。

本发明处于计算机技术的技术领域内。本发明描述用于可靠地分布主时钟所产生的同步讯息的创新方法，所述讯息符合时间触发以太网的SAE标准AS6802及IEEE标准1588，以致物理全局时基可以基于以太网在实时系统中被建立。

背景技术

在分布式实时系统中，若干部计算机控制物理处理过程，在这其中当所有计算机拥有共同的全局时基，会是有利的[8]。这样的全局时基可通过接收定期的同步讯息建立，讯息由容错的主时钟发送。同步讯息在其数据栏位中包含主时钟的发讯的时刻。在同步讯息的接收方，一定要精确地确定同步讯息抵达接收方前在通讯系统中延迟了的时间，以致延迟所致的在接收器的时间误差可以被修正。在时间触发以太网的SAE标准AS6802和IEEE标准1588中[10]，在以太网讯息的数据栏位里提供了用作此目的的栏位(时间间隔修正栏位(time-interval correction field)—TIC栏位)，其需被用于透传时钟的兼容的交换单元修改，以确定讯息在交换单元内的延迟时期的总和。

当在修改同步讯息的TIC栏位期间发生错误时，交换单元就因此或会输出错误的同步讯息。

发明内容

本发明的目的就是在由若干个节点计算机组成的分布式计算机系统内提供可靠的同步讯息的交换，其中支援符合IEEE标准1588的透传时钟的管理。

这目的由简介所提及的方法达成，这是在于根据本发明，交换单元由四个分开的故障包容单元(FCU)组成，具体地为输入系统EIN、两个独立的交换系统VER1和VER2以及输出系统AUS，而其中从发讯的节点计算机抵达EIN的讯息立即以没修改的形式从EIN直接转发到两个独立的交换系统VER1和VER2，而其中VER1为该讯息的抵达事件提供时间戳、分析讯息并把所述讯息交换至与讯息的地址栏位关联的输出端口，而其中VER1将讯息开启并修改讯息中的TIC栏位以在VER1中确定讯息的延迟时期()，而其中VER1通过重新计算被修改后的讯息的CRC栏位把讯息再封闭，并把封闭的讯息转发给AUS，而其中VER2为该讯息的抵达事件提供时间戳、分析讯息并把所述讯息交换至与讯息的地址栏位关联的输出端口，而其中VER2将讯息开启并修改讯息中的TIC栏位以在VER2中确定讯息的延迟时期，而其中VER2通过重新计算被修改后的讯息的CRC栏位把讯息再封闭，并把封闭的讯息转发给AUS，而其中AUS检查从VER1传来的讯息的内容是否和从VER2传来的讯息的内容相配，而其中AUS检查从VER1传来的讯息的接收时刻和从VER2传来的讯息的接收时刻之间的间隔是否小于先验确定的、以下被称为间隔_1的第一间隔，以及储存于两个TIC栏位中的延迟值之间的差异的绝对值是否少于先验已知的、以下被称为间隔_2的第二间隔，而其中，在其中一个这些检查的结果为否的情况下，AUS把通过该被地址指定的输出端口送出的讯息的发送中断，或把送出的讯息更改，以致每个讯息接收方皆把收到的讯息识别为错误的。

本发明公开了建立以太网同步讯息的交换单元，以使能够认出在交换过程期间发生的同步讯息错误的方法。这样的可靠交换单元要么输出正确的讯息，否则会不输出任何讯息，或会输出可被识别为错误的讯息。这样的可靠交换单元被称为是故障沉默的。当使用两个并行工作的故障沉默的交换单元时，不但可认出错误，还可包容错误。

以下将更仔细地解释在本文中所用的术语。以太网讯息包含一标头、一数据栏位和一冗余的CRC栏位。在一正确的封闭的讯息中，该CRC栏位和讯息的内容相符。当不存在相符的CRC栏位时，讯息为开启的。因此，当要修改讯息的数据栏位时，必要先开启该讯息。当开启讯息时，检查封闭的讯息的内容是否和CRC栏位相符。当两者不相符，则丢弃该讯息。对开启的讯息的数据栏位进行修改之后，必须再把讯息封闭，即是说把讯息再传输前需要计算新的相符的CRC栏位。当修改开启的讯息时，在修改期间发生的瞬时性故障(例如因自然宇宙辐射产生的单粒子翻转(single event upset))可引发讯息中的错误，其在封闭讯息后仍然存在。

在计算机可靠性的领域中，“错误隔离单元”(fault-containment unit,FCU)这术语拥有核心的重要性[8,第136页]。FCU被了解为封装的子系统，其中错误源头引发的直接效果被局限在这子系统内。