IEEE 1394协议虚拟复合MAC工业现场总线研究

为解决一个总线回路中不同类型设备通信的性能和效率问题,提出一种采用IEEE 1394总线协议和虚拟复合MAC(Media Access Control)的工业现场总线协议.在IEEE 1394基本协议层的基础上设计虚拟MAC子层,通过附加总线配置实现节点功能的区分,利用等时数据传输和异步数据传输实现时分多址、仲裁、轮询、令牌等MAC方式的数据通信.      

基于以太网器件的高性能工业现场总线FED

研究一种采用通用以太网物理层元件和FPGA器件构成的现场总线FED(Fieldbus based on Ethernet Devices),在片上系统(SOC,System On Chip)上开发出实用的现场总线通信装置.FED不需要复杂的驱动程序就可以实现链路层通信,在链路层基础上可以根据控制需要设计应用层通信协议.FED采用基于带飞读写功能的集总帧结构,使用主从式通讯.FED系统由1个主站和最多255个从站组成,实现了100 Mbit/s的高速实时通信.建立了实验系统,验证了FED总线可以满足数控机床等工业自动化设备的控制需求.     

IEEE-1394b光纤总线系统的QoS分析

为解决航电系统的网络延迟和阻塞问题,对应用于其上的IEEE-1394b光纤总线系统进行了带宽预留机制和平均响应时间等关键特性的分析.基于IEEE-1394b协议的带宽预留机制,提出了等时数据传输和异步数据传输的服务质量(QoS,Quality of Service)满足的条件(硬QoS).在QoS服务准入控制的等时和异步请求混合的情况下,利用排队论进行了IEEE-1394b异步请求的QoS分析(软QoS),得到了忽略响应间隔时间,IEEE-1394b异步请求队列的平均响应时间.最后通过IEEE-1394b光纤总线实验系统进行了IEEE-1394b的QoS服务评估,验证了理论分析结果.对IEEE-1394b驱动层QoS的设计具有一定的指导意义.      

总线容错机制及其验证方法

卫星系统广泛采用容错技术以提高系统的可靠性,而总线通信的稳定性和可靠性对于系统任务的成功至关重要．工程研制中,通常采用总线容错技术对系统通信故障进行识别和屏蔽．介绍了基于故障仿真技术的总线容错机制验证方法,包括故障规格分析技术、故障用例生成技术和故障仿真技术,利用该方法对某星载软件的总线通信功能进行了容错测试,验证了方法的有效性和实用性．     

基于协议变换的图像采集系统设计

介绍了一个基于高速协议变换的实时图像采集系统,该系统实现了从IEEE1394协议到千兆以太网协议的实时变换,将基于IEEE 1394协议的数字相机发出的图像数据转发到以太网上.系统设计使用了SOPC(System On a Programmable Chip)技术,通过Avalon总线将Nios Ⅱ处理器,千兆网MAC核和自定义的1394芯片接口逻辑等IP组件连接在一起形成主要的硬件电路,结合系统软件设计实现了对高速图像数据的实时转发.系统达到了较好的性能,同时具有集成度高,结构简单和扩展性好的特点,展示了利用SOPC技术解决此类问题的优势.     

IEEE-1394异步传输机制建模及性能分析

高速数据总线技术是航空电子中的关键技术之一.IEEE-1394是一种串行高速数据总线,已经成功应用于航空电子中.其异步传输模式保证数据传输的可靠性,广泛用于命令、状态数据的传输.为解决IEEE-1394总线异步传输过程中的传输延时、吞吐量以及总线利用率等问题,基于确定与随机Petri网(DSPN,Deterministic and Stochastic Petri Nets),建立了IEEE-1394总线异步传输的节点模型,并基于模型仿真分析了其异步传输系统的性能.通过仿真研究得到了IEEE-1394异步传输系统吞吐量、平均等待时间等性能指标同数据包大小和数据到达速率的关系,并给出了IEEE-1394异步传输数据包到达速率极限的计算方法.     

IEEE-1394b总线等时传输性能分析

IEEE-1394b是一种高速数据总线,已成功应用于航空电子中.其等时传输保证数据传输具有确定的延时,广泛应用于多媒体数据的传输.为解决等时传输中的性能评价问题,基于确定与随机Petri网(DSPN,Determ inistic and Stochastic Petri Net),建立了IEEE-1394b总线等时传输的模型.模型考虑了对等时传输性能影响较大的带宽预留和仲裁机制的影响,精确描述了总线行为.通过对模型的仿真分析,得到了等时传输的吞吐量和平均等待时间等性能指标与节点数量、数据包大小以及数据包到达速率的关系,并得到了IEEE-1394b等时传输总线吞吐量的极限.     

航空电子系统的光纤网络结构与技术

针对先进航空电子系统对数据网络的高速和混合通信的需求,基于分布式控制、实时存取和故障容忍的设计思想,进行了分布式光纤网络的结构设计和协议选择.重点分析了光纤链路、介质访问控制协议、拓扑、容错技术和网络管理软件.分析结果表明,基于1394b总线的分布式容错光纤网络能提供确定和可靠的通信,同时该吉比特光纤链路满足误码率要求且功率余量达13dB.因此它是具有高带宽、低延迟和易扩展优势的高综合网络结构.      

机载UMS分布式容错计算机系统设计

综合控制管理是机载机电设备发展的趋势.针对航空机电设备综合控制管理预研项目,利用分布式容错技术、高可靠航空电子总线技术和嵌入式实时多任务操作系统应用技术,设计并实现了一个分布式容错计算机系统.讨论了系统的工作特点、系统结构、通信网络、冗余管理和实时容错分布执行软件.      

IEEE-1394b互连网络的可靠性建模

对于IEEE-1394b互连的可靠性计算问题,从IEEE-1394b的拓扑结构出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了IEEE-1394b互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的定义.针对IEEE-1394b协议的特性,提出了IEEE-1394b互连系统的互连矩阵定义.对IEEE-1394b互连系统在航电系统的典型应用进行建模分析,给出其任务路径集和单一路径失效概率,得到了任务路径的可靠度.通过分析中继端口单元对任务路径的影响,得到了中继端口单元对于IEEE-1394b互连可靠性影响最大的结论.      

无人直升机系统CAN总线应用层协议设计

为了将CAN(Controller Area Network)总线应用于无人直升机系统,设计一种具有通用性的CAN应用层协议.针对CANaerospace V1.7版协议在无人直升机系统应用的数据定义、测控带宽等问题进行改进.重新设计定义了基本帧格式和数据标识号,提出一种适用无人直升机系统应用的CANauh协议.为了对CANauh协议进行验证,以一种基于CAN总线的无人直升机航空电子系统为对象进行CAN总线数据内容、调度表、总线负载的设计和CANoe数字仿真.CANauh协议在10 ms基本周期的总线负载为40.83%,数据可扩展定义空间为67.4%,测控系统带宽具有66.7%的占空比,满足无人直升机系统的指标要求.CANauh协议可以促进CAN总线在无人直升机系统中的应用,避免重复性设计,增加各个系统间的互操作性,降低开发维护成本.      

基于ASIC技术的1553B IP核的设计

针对卫星轻小型化的应用需求和现有1553B总线接口设计存在缺陷的问题,提出一种面向航天器综合电子的1553B总线协议ASIC芯片设计方案,并介绍了自主研发的1553B协议IP核设计. 1553B IP核采用自顶向下的设计方法,使用Verilog硬件设计语言进行编程,实现了1553B总线中的总线控制器BC和远程终端RT功能. 分别从1553B IP核总体框架、BC/RT共享模块、BC功能模块和RT功能模块详细介绍了IP核的设计.1553B IP核设计完成模块仿真验证、ASIC芯片系统仿真验证和FPGA验证,通过DDC的1553B板卡对设计进行验证,误码率小于10-9. 实验结果表明,本IP核设计具有可靠性高、可移植性强、资源占用少、实时性好的特点.      

航空电子限时令牌太赫兹互连的实时性能分析

在航空电子设备内部采用太赫兹通信技术实现cm级的板间或芯片互连可以减少引脚和接插件，缩小电子设备的体积，并降低维护成本。针对采用全向天线收发和开关键控（OOK）调制的近距离太赫兹通信网络，通过考虑分子吸收噪声和损耗的点到点通信链路分析，给出太赫兹信道容量计算结果；结合节点间的限时令牌多路访问协议，依据信道容量采用服务曲线模型进行最坏情况下总流量分析（TFA）和隔离流量分析（SFA）；充分考虑概率保证下应用层通信任务的突发度，得到限时令牌太赫兹互连的实时性能分析方法。案例研究表明：相较于时分多址（TDMA）方式，基于限时令牌协议的无冲突多路访问机制可以适应物理层容量和应用层负载的随机变化，保证了更小的延迟，有利于实现航空电子芯片间和板间的太赫兹互连组网和实时通信。