(15.1.9)--案例十：Mil-1394总线协议的设计与实现.pdf

《(15.1.9)--案例十：Mil-1394总线协议的设计与实现.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(15.1.9)--案例十：Mil-1394总线协议的设计与实现.pdf（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Advanced-1394总线协议的研究与设计MilMil-13941394总线协议的总线协议的设计与实现设计与实现项目研发实例（十）：项目研发实例（十）：一、研究背景一、研究背景研究背景研究背景研究背景：研究背景：航空电子的更新换代导致系统的数据传输量大幅度增加，现有的1553B总线已经无法满足速率需求，亟需一种高实时、高可靠的传输总线，IEEE1394应运而生。研究意义研究意义：（1）能够为新一代航空电子系统提供可靠的、确定的数据通信链路，对于未来航空电子系统的发展具有重大意义。（2）有助于提升我国航空电子设备水平，打破国外封锁和技术垄断，对确保新一代飞行器航空电子系统的研制与应用具有积极

2、意义。重点及难点：重点及难点：实现总线高实时、高可靠性的数据传输；软件设计的具体实现；总线性能的测试 方案。二、二、IEEEIEEE-1394B1394B总线协议架构总线协议架构系统协议架构系统协议架构总线管理层事务层链路层物理层二、二、IEEEIEEE-1394B1394B总线协议架构总线协议架构数据传输服务数据传输服务等时数据传输：不需要确等时数据传输：不需要确认数据的传输类型，主要认数据的传输类型，主要强调的是数据的实时性。强调的是数据的实时性。异步数据传输：要求能够异步数据传输：要求能够无差错的传输数据，接收无差错的传输数据，接收方总是通过方总是通过CRCCRC校验验证校验验证串行总线

3、是否正确传输。串行总线是否正确传输。二、二、IEEEIEEE-1394B1394B总线协议架构总线协议架构总线仲裁机制总线仲裁机制当物理层收到总线复位请求后，就在端口上发出总线重置信号。所有接收到总线重置信号的节点将向其他节点转发该信号，并开始本节点的初始化工作：树标识、自标识。三、改进设计的三、改进设计的MilMil-13941394总线协议总线协议MilMil-13941394总线改进设计：总线改进设计：静态分配通道号纵向校验检查STOF同步预分配带宽ASM固定帧速率异步流数据包格式研究背景：Mil-1394协议是IEEE-1394B的增强子集，通过对IEEE-1394B协议中的某些部分进

4、行限定，使得IEEE-1394B总线网络具有确定性、高实时性、从而满足航空电子的需求。主要改进的部分有：二、二、IEEEIEEE-1394B1394B总线协议架构总线协议架构异步数据流包异步数据流包异步数据流包主要字段的异步数据流包主要字段的意义与等时数据包相同，意义与等时数据包相同，但是它和等时数据包的区但是它和等时数据包的区别是：在发送等时数据包别是：在发送等时数据包之前必须先取得等时资源之前必须先取得等时资源管理器分配一定的总线带管理器分配一定的总线带宽和一个可用的等时信道宽和一个可用的等时信道号，而发送异步流包前只号，而发送异步流包前只需得到等时资源管理器分需得到等时资源管理器分配的一

5、个可用的等时信道配的一个可用的等时信道号即可。号即可。三、改进设计的三、改进设计的MilMil-13941394总线协议总线协议节点节点STOFSTOF的时序框图的时序框图三、改进设计的三、改进设计的MilMil-13941394总线协议总线协议MilMil-13941394对确定性和容错性的增强对确定性和容错性的增强预配置的网络拓扑预配置的网络拓扑强制根节点强制根节点异步流的使用异步流的使用全局总线的同步的全局总线的同步的STOFSTOF包使用包使用静态分配的通道数静态分配的通道数预分配的带宽预分配的带宽TDMATDMA-StyleStyle包传输包传输交叉通道互联交叉通道互联端口使能和无效

6、端口使能和无效物理层可以通过线缆连物理层可以通过线缆连接供电接供电环断开提供一级余度环断开提供一级余度33系统余度系统余度确定性增强确定性增强完整性支持完整性支持系统容错机制系统容错机制纵向校验检查纵向校验检查健康状态字健康状态字心跳心跳心心CCCC状态字状态字心数据传输完整性检心数据传输完整性检测测CCCC失效检测失效检测三、改进设计的三、改进设计的MilMil-13941394总线协议总线协议三级循环冗余拓扑三级循环冗余拓扑四、四、MilMil-13941394总线协议的软件设计总线协议的软件设计MilMil-13941394总线网络软件总线网络软件主要包括网络节点软件、主要包括网络节点软

7、件、网络测试软件和网络配网络测试软件和网络配置仿真工具。其中节点置仿真工具。其中节点软件由传输层、驱动层、软件由传输层、驱动层、应用层软件组成，软件应用层软件组成，软件基于基于VxworksVxworks嵌入式操作嵌入式操作系统。系统。MilMil-13941394总线网络软件结构总线网络软件结构四、四、MilMil-13941394总线协议的软件设计总线协议的软件设计传输层软件传输层软件停止模块停止模块自测试模块：用于在主机向节点命令字单元写自测试模块：用于在主机向节点命令字单元写“自测试命令”时，对节点进行自测试“自测试命令”时，对节点进行自测试节点初始化模块：节点上处理器的初始化节点初始

8、化模块：节点上处理器的初始化已使节点上处理器可正常工作已使节点上处理器可正常工作中断服务模块：中断划分为总线复位中断服中断服务模块：中断划分为总线复位中断服务、消息结束中断服务、消息错误中断服务务、消息结束中断服务、消息错误中断服务启动模块：启动节点后，节点将按照系统定义启动模块：启动节点后，节点将按照系统定义的总线带宽和各消息的发送的总线带宽和各消息的发送/接收偏移，进行接收偏移，进行消息传输消息传输异步传输层软件主要异步传输层软件主要实现实现MilMil-13941394协议。协议。配合驱动软件完成数配合驱动软件完成数据交互。完成模块物据交互。完成模块物理层和链路层的初始理层和链路层的初始

9、化，根据节点模块和化，根据节点模块和指定的通道号配置链指定的通道号配置链路层寄存器。路层寄存器。四、四、MilMil-13941394总线协议的软件设计总线协议的软件设计驱动层软件驱动层软件驱动层软件可分为设备管理接口和通信管理接口两个部件：驱动层软件可分为设备管理接口和通信管理接口两个部件：（1）设备管理接口定义对接口模块的基本操作，包括设备的打开、关闭、）设备管理接口定义对接口模块的基本操作，包括设备的打开、关闭、强制根节点、复位总线等功能接口，实现对设备的基本控制和测试功能。强制根节点、复位总线等功能接口，实现对设备的基本控制和测试功能。（2）通信管理接口实现系统数据通信功能的控制，实现

10、异步流、等时和）通信管理接口实现系统数据通信功能的控制，实现异步流、等时和异步传输服务功能。异步传输服务功能。四、四、MilMil-13941394总线协议的软件设计总线协议的软件设计驱动软件结构图驱动软件结构图四、四、MilMil-13941394总线协议的软件设计总线协议的软件设计应用层软件数据通信流程应用层软件数据通信流程打开设备打开设备Open Device()Load_config_data()初始化设备资源初始化设备资源启动中断处理任务启动中断处理任务发送异步流数据包发送异步流数据包Send Stream Send Stream Packet()Packet()进入接收中断进入接收

11、中断Reg Recv Routine()Reg Recv Routine()等待异步流数据等待异步流数据传输完成传输完成打开设备打开设备程序代码：程序流程图：四、四、MilMil-13941394总线协议的软件设计总线协议的软件设计发送异步流数据包发送异步流数据包程序代码：程序流程图：四、四、MilMil-13941394总线协议的软件设计总线协议的软件设计五、五、MilMil-13941394总线协议的测试与验证总线协议的测试与验证软件测试平台软件测试平台为测试为测试Mil-1394总线系总线系统，使用的测试设备是国外统，使用的测试设备是国外使用较多的使用较多的1394协议分析仪协议分析仪-

12、FireSpy3810；主机和目标；主机和目标机的连接方式采用网络连接机的连接方式采用网络连接方式，目标板通过以太网口方式，目标板通过以太网口采用采用FTP协议下载运行协议下载运行VxWorks映像，随后与主机映像，随后与主机协同进行调试。协同进行调试。物理层上电拓扑测试物理层上电拓扑测试系统加电系统加电后，物理后，物理层发起总层发起总线复位，线复位，进行网络进行网络初始化形初始化形成拓扑结成拓扑结构构系统系统Mil-1394总线总线支持热插拔，支持热插拔，系统重新加系统重新加电后，查看电后，查看重新形成的重新形成的拓扑是否发拓扑是否发生改变生改变测试结论：测试结论：a.设计的设计的Mil-1

13、394系统具有一定的容错能力。当某个环路断开连接时物理层将重新发起总线系统具有一定的容错能力。当某个环路断开连接时物理层将重新发起总线复位，进行网络的初始化从而形成新的网络拓扑结构。根据此拓扑图可以查看各个端口的连接状态；复位，进行网络的初始化从而形成新的网络拓扑结构。根据此拓扑图可以查看各个端口的连接状态；b.由于由于Mil-1394采用异步流数据包进行网络的通信，而异步流数据包通过通道号进行寻址，采用异步流数据包进行网络的通信，而异步流数据包通过通道号进行寻址，与物理与物理ID无关，所以整个总线系统的数据通信在总线复位完成后即可恢复正常。无关，所以整个总线系统的数据通信在总线复位完成后即可

14、恢复正常。五、五、MilMil-13941394总线协议的测试与验证总线协议的测试与验证应用层通信测试应用层通信测试测试结论：测试结论：a.作为接收方并不需要分配带宽，只需要确认从发送方占有的信道号来接收数据即可。作为接收方并不需要分配带宽，只需要确认从发送方占有的信道号来接收数据即可。b.系统以系统以400Mb/s的总线速度进行等时传输，传输一旦开始就将不间断的进行，直到传输停的总线速度进行等时传输，传输一旦开始就将不间断的进行，直到传输停止，而作为发送端和接收端必须做好缓冲区去处理传输请求。这就验证了设计的临时缓冲区的效果是明止，而作为发送端和接收端必须做好缓冲区去处理传输请求。这就验证了

15、设计的临时缓冲区的效果是明显的，确保了数据的正确性和完整性。显的，确保了数据的正确性和完整性。123五、五、MilMil-13941394总线协议的测试与验证总线协议的测试与验证通信速率测试通信速率测试在理想时延情况下，组合定位算法的定位精度达到10以上的数量级，这表明组合定位算法在理论上的精度是可靠的。测试结论：测试结论：a.在线速速率为在线速速率为S400的条件下，发送的条件下，发送20MB的异步流数据包所用时间为的异步流数据包所用时间为55us(这里取的是所有发这里取的是所有发送时间的平均值送时间的平均值)，计算得出该总线的传输速率为，计算得出该总线的传输速率为290.904Mb/s。b

16、.之所以没有达到线速之所以没有达到线速400Mb/s的速率，是由于以下几个因素：的速率，是由于以下几个因素：PCI读写测试时间、上下文切换读写测试时间、上下文切换时间、内存拷贝时间等，这些都会产生一定的延迟。总体而言，从实际应用角度来讲，这个速率值基本达时间、内存拷贝时间等，这些都会产生一定的延迟。总体而言，从实际应用角度来讲，这个速率值基本达到设计需求，确保了数据传输的完整性和有效性。到设计需求，确保了数据传输的完整性和有效性。启动CC按照配置表的内容进行数据的发送和接收，由主机节点发送异步流数据包至FireSpy3810节点，之后该总线协议分析仪捕获整个网络上的数据包，Mil-1394总线系统数据监控图如右图所示：五、五、MilMil-13941394总线协议的测试与验证总线协议的测试与验证