專利名稱：確定性通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及確定性通信系統(tǒng)，具體^f旦不唯一地，涉及航空電子 i殳備的應用。
背景技術：
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以適用于各種飛行器，尤其適用于飛機。
本發(fā)明主要適用于實時應用，即緊要時間通4言(time-critical communication)的系統(tǒng)，并且本發(fā)明可以使系統(tǒng)功能具有其性能取 決于及時的數(shù)據(jù)交換的特征。
在基于以太網(wǎng)的非中央的點對點連接的現(xiàn)有技術中，分布的總 線訪問模塊(bus access module )提供了物理層?？偩€訪問是(例如) 由公知的CSMA/CD (帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問)規(guī)程規(guī) 定的。然而這樣的系統(tǒng)不具有實時應用，因為其可能是自閉塞的 (self-blocking )并且不是時間確定性的。
在DE 34 24 866 C2和DE 34 26 893 Al中，可知系統(tǒng)包括一條 單獨的用于所有具有可配置的順序的共享者的7>共總線和多個用于 連才妻的站或末端單元的時隙。在這些系統(tǒng)中4是供了第一初始化和諱-求階段(request phase),其中，確定了站的必要配置。這樣，可以 動態(tài);也為lt才居ii/f言分配時間窗口 。在Hammond, Joseph L.， O'Reilly, Peter的"本地計算斗幾網(wǎng)絡的 性能分析 (Performance Analysis of Local Computer Networks; Reading , Massachusetts, USA, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1986， Pages 193-196; ISBN 0-201-11530-1 )，，中，描述了一種4侖 詢網(wǎng)絡(polling network),該網(wǎng)絡包括中央計算才幾，通過該計算積" 可以實現(xiàn)以預定順序對網(wǎng)絡上的每個位置或站進行輪詢，以提供通 道(channel) i方問。壽侖詢網(wǎng)纟各以豐侖p乎4侖詢(roll-call polling )方式或 集線輪詢(hub rolling )方式進行操作。對于輪呼輪詢方式，中央計 算機通過發(fā)送輪詢消息至所選擇的站來發(fā)起輪詢時序。在由第一個 選擇的站完成通信之后，中央計算機繼續(xù)與下 一 個所選擇的站進行 通信，以此類推。對于集線輪詢方式，中央計算機將輪詢信息發(fā)送 至初始站，并且在由初始站完成通信之后，專侖詢自動切才灸至下一個 站，而沒有主動i也涉及中央計算沖幾。
然而，現(xiàn)有技術的缺點在于，由于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，等待時 間周期是不可避免的，因為每個末端單元均必須單獨地尋址，以便 促使(prompt)其后的數(shù)據(jù)傳輸?？偟牡却龝r間包括末端單元的反 應時間、末端地址傳輸?shù)拇_認時間以及(取決于線路的物理長度的) 總線自身的延遲時間。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目標在于提供一種具有盡可能低的系統(tǒng)開銷的確定性 通信協(xié)議，以及一種用于實施該協(xié)議的系統(tǒng)。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了一種用于在多個末端單元中的每 個末端單元之間傳送音頻數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，以及用于分別根據(jù)權利 要求1和9來控制該通信系統(tǒng)的方法。從屬權利要求致力于本發(fā)明 的優(yōu)選實施例。
6根據(jù)本發(fā)明，提供了一種數(shù)字通信系統(tǒng)，包括多個末端單元和 中央單元。所述末端單元連接至用于數(shù)據(jù)交換的總線。末端單元之 間的總線上的通信過程由該中央單元控制。通過提供附加的總線來
改善上述通信系統(tǒng)。因此，末端單元通過主總線(master bus)和數(shù) 據(jù)總線與中央單元相連接。在主總線上，中央單元專用于將指令傳 輸至末端單元。因此，中央單元是主總線上唯一的發(fā)送器。然而， 在主總線上還可以將數(shù)據(jù)從中央單元傳輸?shù)侥┒藛卧?。在?shù)據(jù)總線 上，每個末端單元均可以將數(shù)據(jù)傳輸至中央單元。因此，中央單元 是數(shù)據(jù)總線上唯一的接收器。末端單元對數(shù)據(jù)總線的訪問是由中央 單元通過主總線進行控制的。如果數(shù)據(jù)將要從一個末端單元傳輸至 另一個用于接收的末端單元，則必須通過中央單元來實現(xiàn)。根據(jù)該 順序，在中央單元中提供了交換緩沖器，用于對所接收的數(shù)據(jù)進行 #/像和中繼。
總之，中央單元作為主才幾(master)或者控制器或者控制單元 來通過每個系統(tǒng)模塊對數(shù)據(jù)總線的訪問進行控制。在數(shù)據(jù)總線上， 4吏用具有雙循環(huán)通信的時分復用系統(tǒng)。該時分復用系統(tǒng)優(yōu)選地基于 兩條單獨總線的標準以太網(wǎng)物理層。該系統(tǒng)專用于力元空電子i殳備， 即飛4于器應用。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于控制在多個末端單元 中的每個末端單元之間傳送音頻凄t據(jù)的通信系統(tǒng)的方法。該通信系 統(tǒng)包括
多個末端單元，用于緩沖音頻數(shù)據(jù)；
主總線，用于將控制信號傳輸至該末端單元；
數(shù)據(jù)總線，用于傳輸來自該末端單元的音頻數(shù)據(jù)；
中央單元，通過該主總線向所述的多個末端單元請求音頻婆t據(jù)， 并且通過該數(shù)據(jù)總線4妄收音頻l丈據(jù)。該方法的特4正在于，包^t舌以下步驟
在初始^f匕階^殳，通過該中央單元4企查該末端單元的身4分；
在配置階段，由該中央單元通過該主總線傳輸包括第 一 同步信號、各個末端單元的末端單元地址、有效載荷字段和第二同步信號的預定數(shù)據(jù)幀；并在對應于該第一同步信號和該第二同步信號之間的間隔的音頻采樣時間間隔內，由所述的多個末端單元中的一個末端單元通過該數(shù)據(jù)總線傳輸音頻數(shù)據(jù)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例中，在該配置階段，該末端
單元在識別其自己的地址之后，通過該數(shù)據(jù)總線傳輸凄t據(jù)幀。這樣，
就統(tǒng)一了中央單元向各末端單元請求數(shù)據(jù)的過程，在中央單元的初始請求與任何隨后的數(shù)據(jù)傳遞的請求之間不需要有任何差別。
在才艮據(jù)本發(fā)明的方法的可選的優(yōu)選實施例中，所述的多個末端單元中的每個末端單元在預定時間通過該數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)幀，其中時間由該中央單元確定。這使得末端單元獨立于任何數(shù)據(jù)請求以及由中央單元發(fā)布的傳遞，從而形成獨立的子系統(tǒng)。
優(yōu)選地，在該有效載荷階革殳，所述的多個末端單元的傳，#順序予貞先由該中央單元確定。例如，末端單元傳遞其凄t悟的順序可以存儲在查詢表中，因此離線的用戶(即遠離實際操作環(huán)境并且預先進4亍)可以對其進行監(jiān)控甚至可以對其進行編輯。
一般而言，所述同步信號可以由單獨的主時鐘發(fā)生器產(chǎn)生。主時鐘發(fā)生器可以或者可以不集成在系統(tǒng)中，以及由于穩(wěn)定性的要求，其可以位于特別的環(huán)境中。
優(yōu)選地，該同步信號是標準信號，具體為符合IEEE 802.3標準的信號。
8更為優(yōu)選地，該末端單元乂人該同步信號中恢復他們各自的時鐘 信號。時鐘恢復通過使用鎖相環(huán)來實現(xiàn)。
特別地，通過在中央單元中的交換緩沖器中對所述數(shù)據(jù)進行鏡 像來執(zhí)行末端單元之間的所述的數(shù)據(jù)交換。這導致了對發(fā)送數(shù)據(jù)至 控制單元或另 一個已不用的末端單元的通信協(xié)議的復雜的編排。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在多個末端單元中的
每個末端單元之間傳送音頻數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)包4舌
多個末端單元，用于緩沖音頻數(shù)據(jù)；
主總線，用于將控制信號傳輸至該末端單元；
數(shù)據(jù)總線，用于傳輸來自該末端單元的音頻數(shù)據(jù)；以及
中央單元，通過該主總線向所述的多個末端單元"i青求音頻數(shù)據(jù)， 并且通過該數(shù)據(jù)總線接收音頻數(shù)據(jù)。
該通信系統(tǒng)的特4正在于，
在初始^匕階^殳，該中央單元才企查該末端單元的身份；
在配置階段，該中央單元通過該主總線傳輸包括第 一 同步信號、 各個末端單元的末端單元地址、有效載荷字段和第二同步信號的預
定數(shù)據(jù)幀；以及
在對應于該第 一 同步信號與該第二同步信號之間的間隔的音頻 采樣時間間隔內，所述的多個末端單元中的一個末端單元通過該數(shù) 據(jù)總線傳輸音頻數(shù)據(jù)。
在根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，該中央單元包括包 含所述的多個末端單元的末端配置單元的列表。4灸而言之，所有末 端單元的身份在系統(tǒng)中列出，且系統(tǒng)中的每個新的末端單元必須通 過末端配置單元注冊，以使z使其獲得訪問權限。這里^f吏用的術語"身份，，為包括(可能在其他術語中)各末端單元的特定的編號(地址) 以及其訪問 〃>共總線的權限。
具體地，該末端配置單元優(yōu)選地與產(chǎn)生該凄史據(jù)幀的傳llr單元相
連接。通過將數(shù)據(jù)幀產(chǎn)生與監(jiān)控(supervisory)任務(比如由末端 配置單元執(zhí)行的身份檢查)分離，使得系統(tǒng)更為靈活，并且由于其 才莫塊式設計，因此可以更容易地識別故障，這就又增強了系統(tǒng)的可 靠性。
具體地，通信系統(tǒng)的所述的多個末端單元中的每個末端單元包 括用于從該同步信號進行時鐘恢復的鎖相環(huán)。因此，每當需要時， 每個末端單元均可以使其時鐘同步，即使中央單元發(fā)出公共同步脈 沖，也不會有任何另外引起的延遲。
因此，作為所述中央單元的一部分，交換緩沖器優(yōu)選地用于末 端單元之間的數(shù)據(jù)交換，該交換緩沖器能夠對所接收的數(shù)據(jù)進行鏡 像，并且能夠將其轉發(fā)至該中央單元的收發(fā)器單元。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下有點。由于4艮據(jù)本發(fā)明的通信 系統(tǒng)允許由中央控制單元控制的確定性總線訪問，所以實現(xiàn)了通信 的高可靠性。為了進一步改善系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)選地以冗余方式設 計系統(tǒng)。在這種情況下，兩個中的第一中央單元是運行的，而另一 個處于"熱備用，，(hot-stand-by)狀態(tài)。如果當前運行的單元出現(xiàn) 故障，則另一個單元接管。因此該系統(tǒng)對于具有快速控制(切換) 數(shù)據(jù)和數(shù)字化模擬信號的航空電子設備(即飛行器應用)來說特別 地有用，尤其是對于音頻數(shù)據(jù)的快速傳輸。此外，才艮據(jù)本發(fā)明的系 統(tǒng)允許對數(shù)據(jù)總線的更有效的組織，這是因為使用了兩條與多個末 端單元相連接的分離的總線線路。中央單元僅將主總線用作控制總 線，以將lt據(jù)從中央單元傳輸?shù)侥┒藛卧?。所連4妄的末端單元可以 在共享總線(即數(shù)據(jù)總線)上發(fā)送其數(shù)據(jù)。另外，本發(fā)明提供了通
10信系統(tǒng)的一種簡單的;f莫塊式結構，并且在單個的末端單元故障的情 況下，整個凄文據(jù)傳輸不再有被阻塞的風險。


通過下面參考附圖對本發(fā)明的實施例的描述，將以實例的方式 更詳細地描述本發(fā)明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)的第一實施例的示意圖。
圖2示出了圖1的通信系統(tǒng)中根據(jù)本發(fā)明的末端單元的實施例 的功能框圖。
圖3示出了圖1的通信系統(tǒng)中根據(jù)本發(fā)明的中央單元的實施例 的功能框圖。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的配置階段的從中央單元到末端單元 的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的實施例。
圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的配置階段的從末端單元到中央單元 的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的實施例。
單元的ft據(jù)傳輸?shù)膌t據(jù)幀的實施例。
圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的有效載荷階段的從末端單元到中央 單元的數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鄑據(jù)幀的實施例。
圖6示
例,
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)的實施例的框圖。 一方面，
中央單元10通過數(shù)據(jù)總線(共享總線)12連接至多個末端單元T 的發(fā)送器單元TX，每個末端單元分別表示為Tl、 T2以及T3。另 一方面，中央單元10通過主總線14連4妻至該末端單元T的4妄收器 單元RX。中央單元10只是主總線14上的發(fā)送器，即末端單元T 只作為被動元件從中央單元10接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線12用于從末端 單元T1、 T2、 T3到中央單元10的多蹈-#:據(jù)傳輸。末端單元T訪問 總線12的順序由中央單元10控制。
圖2示出了圖1中的末端單元T的框圖。每個末端單元T包括 接收器RX和發(fā)送器TX。此外，配備有地址識別單元21、接收狀 態(tài)控制器22、具有主時鐘的幀-PLL23、循環(huán)計數(shù)器(lo叩counter) 24、數(shù)據(jù)輸入緩沖器25、 I/O裝置接口 26、數(shù)據(jù)輸出緩沖器27以 及傳輸控制器28。
接收器RX適用于對數(shù)據(jù)信號、時間信號和地址信號進行區(qū)分。 在地址識別才莫塊21中，對地址進4亍濾波在收到適當?shù)牡刂泛?又促 使各末端單元T的反應；否則不予處理所接收的數(shù)據(jù)。
從所接收的時間信號恢復幀-PLL 23中的主時鐘，其中從中央 單元10 4是供主時鐘。來自主時鐘23的時間信號^皮末端單元T的所 有組件共享。將再生的時鐘饋送(feed)到循環(huán)計數(shù)器24中，以對 各末端單元T的下一個總線訪問的時間進行確定。總線訪問的細節(jié) 存儲在接收狀態(tài)控制器22中。另外，將來自發(fā)生器23的主時鐘以 及來自循環(huán)計數(shù)器24的時鐘分頻率(divided clock rate)提供給數(shù) 據(jù)輸入緩沖器25。根據(jù)數(shù)據(jù)中傳送的內容處理末端單元T的接收單元RX從主總 線14接收的數(shù)據(jù)幀。接收器狀態(tài)控制器22監(jiān)控通過接收器RX所 接收的數(shù)據(jù)流。將其連接至傳輸控制器28以及輸入/輸出接口 26以 及循環(huán)計數(shù)器24。如果由接收器RX接收的每個數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)對 于與其他系統(tǒng)和系統(tǒng)模塊的通信是相關的，則在輸入數(shù)據(jù)緩沖器25
中為每個總線幀緩沖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入緩沖器25由IZO接口 26控制。 輸入/輸出接口 26可以包括DA轉換器、揚聲器以及其他控制單元。
如果lt據(jù)將要/人一個末端單元T傳輸至另 一單元T或至中央單 元10，則這些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)輸出緩沖器27中緩沖，然后這些數(shù)據(jù)從 輸出緩沖器轉移至發(fā)送器裝置TX。以其中數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)幀中傳輸?shù)?順序的方式，在數(shù)據(jù)輸出緩沖器27中為每個總線幀緩沖數(shù)據(jù)。通過 末端單元T自身中的發(fā)送控制器28，以合適的處理步驟處理至發(fā)送 器TX的這些凄t據(jù)的傳遞。
通常，末端單元T專用于特定的功能。然而可能使用具有等同 功能的多個末端單元T。
如果總線12、 14是以太網(wǎng)連接，則可以依照IEEE 802.3標準 i殳計4矣收器單元RX。
圖3示出了圖1中的中央單元10的框圖。中央單元10包括末 端單元配置控制器31、發(fā)送器數(shù)據(jù)存儲器32、發(fā)送器33、系統(tǒng)時 鐘發(fā)生器34、接收器35、接收器數(shù)據(jù)存儲器36、交換緩沖器37、 數(shù)據(jù)切換控制矩陣(matrix) 38、接收器數(shù)據(jù)配置模塊39以及主總 線相位^空制器40。末端單元配置控制塊31包4舌與中央單元10相連 接的末端單元T的列表。通過例如從連接的主控制器輸入新數(shù)據(jù)可 以容易地編排該列表，或者將其編排以符合改進的操作條件。配置 控制塊31連接至發(fā)送器數(shù)據(jù)存儲器32,而存儲器32又連接至發(fā)送器單元33。另外，配置控制塊31確定來自發(fā)送器數(shù)據(jù)存儲器32的 哪些數(shù)據(jù)當前將被轉移至發(fā)送器單元33。
在主總線14上，發(fā)送器單元33產(chǎn)生完整的數(shù)據(jù)幀，包括對所 有末端單元T都有效的同步信號。同步信號自身可以由連接至發(fā)送 器單元33的系統(tǒng)時鐘發(fā)生器34控制或者確定。
接收器模塊35讀取并監(jiān)控從末端單元T接收的數(shù)據(jù)。將該數(shù) 據(jù)發(fā)送至用作緩沖存儲器的接收器數(shù)據(jù)存儲器36。將接收器配置單 元39分配給接收器數(shù)據(jù)存4渚器36。在建立了多個末端單元T之間 的通信鏈路的情況下，數(shù)據(jù)可以通過交換緩沖器37直接傳輸至發(fā)送 器數(shù)據(jù)存儲器32。通過數(shù)據(jù)切換控制陣列38控制并監(jiān)控交換緩沖 器37。
可以區(qū)分以下的在總線12和14上的三個通4言階^::
1、 初始化階萃殳；
2、 配置階^殳；
3、 有效載荷lt據(jù)階H
這些階,殳由主總線控制單元40控制。
通過這才羊的布置，可以編排和優(yōu)化分別連4妄至總線的末端單元 T的凄t據(jù)容量。在初始化階革殳，中央單元IO監(jiān)控當前或者在預定時 間哪個末端單元T訪問總線12。其還監(jiān)控總線12上需要哪些數(shù)據(jù)。 具體地，如果同時存在對所連接的末端單元T的多個請求，則中央 單元10可以收集這些i青求并區(qū)分優(yōu)先級。
圖4A示出了用于在主總線14上將數(shù)據(jù)從中央單元10傳輸?shù)?末端單元T的數(shù)據(jù)幀，而圖4B示出了用于在配置階段在數(shù)據(jù)總線
1412上將數(shù)據(jù)從末端單元T傳輸?shù)街醒雴卧?0的的數(shù)據(jù)幀。在下面 的圖中，通過雙箭頭指示周期的長度。
總線14上的每個凄t據(jù)幀50以同步(Sync)信號51開始。優(yōu) 選地，該信號來源于或對應于與符合正EE802.3標準的較高級別同 步牙目關(higher level synchronization )的十辦i義。
Sync信號51和同步序列，分別由7字節(jié)長的"前導"和l字 節(jié)長"開始幀序列"構成。長"開始幀序列，，的尾端位(trailing end bit )(按照IEEE 802.3 "11")將用于精確的總體同步。這就確定了 系統(tǒng)的用戶音頻采樣率的幀時間，在以下參考圖4A的描述中其將 變得清楚。為了實現(xiàn)簡單方式的音頻數(shù)據(jù)傳輸，兩個Sync信號之間 的距離對應于系統(tǒng)音頻采樣時間。這意味著，連接至(例如)末端 單元的A/D或者D/A轉換器的采樣頻率對于整個系統(tǒng)來說都是有效 的。也就是說，系統(tǒng)中的所有的末端單元T通過同一時鐘進行控制。
在配置階段，中央單元10傳輸上述的以Sync序列51開始的 固定的凄t據(jù)幀。該Sync序列51用作整個系統(tǒng)的主同步。使用附加 的PLL，以便重新同步音頻釆樣處理，并且為所有的末端單元提供 精確的定時信息(timing information),而不借助于額外時鐘線或者 類似裝置。(應該注意的是，與IEEE 802.3相比，^U是供了單個位 定時。)這樣，可以方便地改變Sync序列51，即可以以類似抖動的 (jitter-like)方法動態(tài)地改變整個系統(tǒng)的頻率或者時間幀。這樣， 就改善了整個總線系統(tǒng)1的EMI行為。
供各幀4吏用的特定末端單元T的地址(ADDR) 52在Sync信 號51之后。系統(tǒng)1中預留了專用的地址，其不分配給真實物理末端 單元T。這些地址字用作廣"t番地址，而隨后的配置數(shù)據(jù)(CONFIG) 53確定這里連4妄的所有末端單元T的4亍為。這樣，可以將有效載荷數(shù)據(jù)的某些容量預留為(例如)音頻數(shù)
據(jù)，然后將音頻數(shù)據(jù)作為多通道廣播從中央單元10連續(xù)地發(fā)送到末 端單元T。在想要的地址屬于系統(tǒng)中存在的單獨的末端單元的情況 下，可以通過配置ltt居53改變該末端單元T的i殳置。隨后的有戔文 載荷數(shù)據(jù)(PAYLOAD) 54可以包4舌，例如各單元的切換:數(shù)據(jù)。
每個數(shù)據(jù)幀50以用于數(shù)據(jù)有效性的檢查(CHECK)序列55 結束。檢查序列可以是，例如簡單的CRC檢查序列。然后通過再次 以Sync序列51開始來重復上述凄t據(jù)幀50。然后通過Sync序列51 的一端到隨后的Sync序歹'J 51的一端的3巨離確定相應的音頻采樣時 間。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有如下優(yōu)點當同一物理線路上存在來自 不同發(fā)送器T的通信量時，在主總線14上沒有用于卸載進程的時 間間隙。在字段55和字段51之間，可能提供間隙(GAP )56,以 使幀50的總的幀長度適用于實際系統(tǒng)的需要。
在通過圖4A中的幀確定音頻采樣時間之后，下面將參考圖4B 解釋從末端單元T中的一個到中央單元10的數(shù)據(jù)幀。在配置階段， 末端單元T通過在共享總線上發(fā)送單個數(shù)據(jù)幀60來對其自己的地 址的接收之后做出反應。該回答通過地址識別電路發(fā)布。優(yōu)選地， 按照IEEE 802.3標準，數(shù)據(jù)幀60也是以Sync序歹'J 61開始，然而， 其不用于系統(tǒng)同步。才艮據(jù)IEEE 802.3標準的Sync序歹'J 61的配置受 益于可以利用標準以太網(wǎng)模塊和接收器的事實。來自末端單元T的 才示"i只才尋字,殳(IDENT ) 62在Sync序歹'J 61之后。才示i只符字,殳62包 含末端單元T的單獨的地址，以及有效栽荷數(shù)據(jù)所需的容量。用于 數(shù)據(jù)有效性的檢查序列64又在末端單元數(shù)據(jù)幀的有效栽荷數(shù)據(jù)字 段63之后。與從中央單元10到末端單元T的幀50類似，從末端 單元T到中央單元10的幀60以第二 sync字段61結束，其中如果 有必要，在sync字段61與檢查序列64之間存在間隙65。幀時間 取決于實際系統(tǒng)配置。在末端單元T中的一個的傳1#結束之后，中央單元10可以尋 址同一個或者另一個末端單元T。在該過程中，在數(shù)據(jù)總線上沒有 通信，直到隨后的地址分別4皮中繼并且識別。
在配置階革殳，中央單元10確定對末端單元T進4亍尋址的順序。 該順序不必是連續(xù)的順序。因此，每個末端單元T必須存々者單獨的 計數(shù)器值，通過末端單元T從配置數(shù)據(jù)字段53中檢索該計數(shù)器值。
然后，中央單元IO可以以預定末端單元;也址(然而其不再通過 總線傳輸)和專用的配置數(shù)據(jù)字段開始有效載荷數(shù)據(jù)階段。這意味 著，在下一個Sync序列之后，啟動了所有末端單元T的內部循環(huán) 計數(shù)器24。由于存儲在每個末端單元T中的單獨的計數(shù)器值，每個 單元T將在預定時間在共享總線12上發(fā)送其自己的數(shù)據(jù)幀。對總 線的訪問順序由中央單元10借助于存儲在每個末端單元T中的各 計數(shù)器值來設定。
有效載荷階段在上述配置階段之后?？偩€12和14上的有效載 荷階段幀分別不同于配置階段中相應的幀，因為他們不再加載任何 ;也址開銷(address overhead )。圖5A和圖5B示出了總線12和14 上的各幀。圖5A中的從中央單元10到4壬意一個末端單元T的幀 70僅包括sync序列和有效載荷序列。如果有必要，則以4企查序列 和sync位(其間具有插入的間隙)結束。兩個隨后的sync位歹ll (bit train)之間的周期確定音頻采樣時間。因此，圖5B中從末端單元T 到中央單元10的教:據(jù)幀80也僅包括sync序列和有效載荷序列，如 果有必要，以檢查序列和sync位(其間具有插入的間隙)結束。兩 個隨后的sync ^f立隊列之間的周期#4居系統(tǒng)配置確定幀時間。
因此，由于在配置階段和有效載荷階段中的不同布置，數(shù)據(jù)幀 70, 80分別不同于在主總線14和共享總線12上的對應的幀50和 60。由于總線訪問的順序是固定的，所以僅由來自中央單元的Sync
17信號的數(shù)量確定共享總線上的總線訪問。這意味著，在數(shù)據(jù)幀內不 再有協(xié)議開銷，而且?guī)缀跽麄€總線訪問時間用于有效載荷數(shù)據(jù)。
對于實現(xiàn)本發(fā)明，可以使用才艮據(jù)IEEE 802.3 (物理層IEEE 802.3 )的組件。
對于安全相關應用，可以才是供多^各主總線14而不是一條。
對于快速音頻數(shù)據(jù)傳輸，主時鐘恢復可以通過同步于sync信號 的尾端位的音頻PLL實現(xiàn)。才艮據(jù)IEEE 802.3 (物理層IEEE 802.3 )， sync信號的位定時信息可以從集成的標準PLL中得到。
連接到系統(tǒng)1的末端單元T之間的數(shù)據(jù)交換可以通過對數(shù)據(jù)容 量定標來完成。
根據(jù)確定地觸發(fā)的協(xié)議，通過對交換緩沖器37中的各數(shù)據(jù)進行 鏡像可以容易地完成末端單元T之間的數(shù)據(jù)交換。
總之，根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)即航空電子系統(tǒng)具有模塊式結構， 其中在故障的情況下，數(shù)據(jù)傳輸不再被單個的末端單元阻塞。由于 分離的總線結構標準，以太網(wǎng)組件可以用于物理層，例如根據(jù)用于 10Mb/s CSMA/CD局域網(wǎng)的IOBASE-T:IEEE 802.3物理層i兌明書， IEEE 802.3第 14條；用于100Mb/s CSMA/CD局域網(wǎng)的 IOOBASE-T:IEEE 802.3物理層i兌明書，沒有自動沖突才企測的IEEE 802.3第22和28條，因為其對單總線系統(tǒng)是必要的。
另外，雙總線結構允許從中央單元到各末端單元的連續(xù)數(shù)據(jù)廣 播，并且可以為容易地適用于自動數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐酵ㄐ畔到y(tǒng)配置的 簡單裝置。另外，各末端單元之間的數(shù)據(jù)交換是可行的。這將在下文中參
考示出了多路雙循環(huán)通信系統(tǒng)的圖6來解釋。其中央組件是上述數(shù) 據(jù)切換控制矩陣38,包括在其輸入側的可擴展交換緩沖器37以及 在其輸出側的可擴展交換緩沖器37。提供所述數(shù)據(jù)切換控制矩陣38 以用于末端單元T之間的直接通信。數(shù)據(jù)帶寬是可擴展的并且取決 于分配給末端單元T對的數(shù)據(jù)幀的數(shù)量?？捎脭?shù)據(jù)幀的數(shù)量是固定 的，并且應用于^ii殳參與通信的所有末端單元T對。末端單元T之 間將要交換的有效栽荷數(shù)據(jù)的量由中央單元10的主CPU (未示出) 來設定。根據(jù)確定的總線系統(tǒng)的更新率，開啟具有保證傳輸率的數(shù) 據(jù)通道。然后可以將末端單元處的實際輸出凄t據(jù)々赍送至具有4交^f氐更 新率的其他數(shù)據(jù)鏈路，如"CAN"、 "RS485"、 "RS232"等等，在 圖6中示例為末端單元4妻口 91。數(shù)據(jù)切換控制矩陣38優(yōu)選地是石更 件，即不涉及任何軟件組件。因此快速數(shù)據(jù)傳輸是行得通的；具有 固定幀結構的數(shù)據(jù)交換允許具有輸入和輸出緩沖器的數(shù)據(jù)切換控制 矩陣38的全部基于硬件的設計。兩個末端單元T之間的數(shù)據(jù)的傳 輸時間可以降至某些幀持續(xù)的長度。
可選地，4吏用中央單元10作為末端單元T的現(xiàn)有網(wǎng)絡的訪問 點是可行的。在這種情況下，中央單元10的接口可以由飛行器應用 的特定協(xié)i義來管理，如AFDX( 4元空電子i殳備全雙工X切:換以太網(wǎng))， 也一皮i人為是編號為664的ARINC標準，以及涉及兩個飛4于器單元 之間通信的計算才幾網(wǎng)絡和協(xié)議。其基于具有附加的"月良務質量，' (QoS)和確定性;洛徑限定的以太網(wǎng)。該4妾口在圖6中示例為中央 單元4妄口 92。10 中央單元
12 數(shù)據(jù)總線(共享總線)
14 主總線
21 地址識別才莫塊
22 接收器狀態(tài)控制單元
23 主時鐘
24 循環(huán)計婆t器
25 數(shù)據(jù)輸入緩沖器
26 I/O接口
27 輸出數(shù)據(jù)緩沖器
28 傳輸控制
31 末端單元配置控制塊
32 發(fā)送器數(shù)據(jù)存儲器
33 發(fā)送器單元
34 系統(tǒng)時鐘發(fā)生器 35接收器模塊
36 接收器數(shù)椐存儲器
37 交換緩沖器
38 數(shù)據(jù)切換控制陣列
39 4妾收器配置單元
40 主總線控制單元50 配置階段的數(shù)據(jù)幀
51 同步(Sync)信號
52 地址
53 配置數(shù)據(jù)
54 有效載荷數(shù)據(jù)
55 4全查序列
56 間隙
60 配置階段的數(shù)據(jù)幀
61 sync字段
62 才示識符字^:
63 有效載荷數(shù)據(jù)字段
64 檢查序歹'J
65 間隙
70 有效載荷階段的數(shù)據(jù)幀
80 有效載荷階段的數(shù)據(jù)幀
91 末端單元4妾口
92 中央單元接口 RX 4妄收器單元
T、 Tl、 T2以及T3末端單元
權利要求
1.一種方法，用于控制在多個末端單元中的每一個之間傳送音頻數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)(1)，其中，所述通信系統(tǒng)(1)包括多個末端單元(T；T1、T2、T3)，用于緩沖音頻數(shù)據(jù)；主總線(14)，用于將控制信號傳輸至所述末端單元(T；T1、T2、T3)；數(shù)據(jù)總線(12)，用于傳輸來自所述末端單元(T；T1、T2、T3)的音頻數(shù)據(jù)；以及中央單元(10)，通過所述主總線(14)向所述多個末端單元(T；T1、T2、T3)請求音頻數(shù)據(jù)，并且通過所述數(shù)據(jù)總線(12)接收音頻數(shù)據(jù)；其特征在于，包括以下步驟在初始化階段，所述中央單元(10)檢查所述末端單元(T；T1、T2、T3)的身份；在配置階段，所述中央單元(10)通過所述主總線(14)傳輸包含第一同步信號(51)、各末端單元(T；T1、T2、T3)的末端單元地址(52)、有效載荷字段(54)以及第二同步信號(51)的預定數(shù)據(jù)幀；以及在對應于所述第一同步信號和所述第二同步信號之間的間隔的音頻采樣時間間隔中，所述多個末端單元(T；T1、T2、T3)中的一個末端單元通過所述數(shù)據(jù)總線(12)傳輸音頻數(shù)據(jù)。
2, 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述配置階段， 所述末端單元(T; Tl、 T2、 T3)在識別其自身的地址之后， 通過所述數(shù)據(jù)總線(12)傳輸數(shù)據(jù)幀(60)。
3. 才艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其特4i在于，所述多個末端單元(T; T1、T2、T3)的每一個在預定時間通過所述數(shù)據(jù)總線(12) 傳輸1史據(jù)幀，其中，該預定時間由所述中央單元(10)確定。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述有效載荷的 階段，所述多個末端單元(T; Tl、 T2、 T3)的傳輸順序預先 由所述中央單元(10)確定。
5. 根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述 同步信號(51)由主時鐘發(fā)生器(34)產(chǎn)生。
6. 根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述 同步信號(51 )是標準的IEEE 802.3信號。
7. 4艮據(jù)前述4又利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述 末端單元(T; Tl、 T2、 T3)使用鎖相環(huán)(PLL )從所述同步 信號(51)中執(zhí)^f亍時鐘恢復。
8. 根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，通過 在所述中央單元(10)中的交換緩沖器(37)中對所述數(shù)據(jù)進 行鏡像來執(zhí)行末端單元(T; Tl、 T2、 T3)之間的所述的數(shù)據(jù) 交換。
9. 一種通信系統(tǒng)(l),用于在多個末端單元中的每一個之間傳送 音頻數(shù)據(jù)，其中，所述通信系統(tǒng)(1)包括多個末端單元(T; Tl、 T2、 T3)，用于緩沖音頻凄t據(jù)；主總線(14)，用于將控制信號傳輸至所述末端單元(T; Tl、 T2、 T3);數(shù)據(jù)總線(12),用于傳輸來自所述末端單元(T; Tl、 T2、 T3)的音頻數(shù)據(jù)；以及中央單元(10)，通過所述主總線(14)向所述多個末端 單元(T; Tl、 T2、 T3)請求音頻數(shù)據(jù)，并且通過所述數(shù)據(jù)總 線(12)接收音頻數(shù)據(jù)；其特征在于，在初始化階萃殳，所述中央單元(IO)沖全查所述末端單元(T; Tl、 T2、 T3)的身4分；在配置階段，所述中央單元(10)通過所述主總線(14) 傳輸包含第一同步信號(51)、各末端單元(T; Tl、 T2、 T3 ) 的末端單元地址(52)、有效載荷字段(54)以及第二同步信 號(51)的預定數(shù)據(jù)幀；以及在對應于所述第一同步信號和所述第二同步信號之間的 間隔的音頻采樣時間間隔中，所述多個末端單元(T; Tl、 T2、 T3 )中的一個末端單元通過所述數(shù)據(jù)總線(12 )傳輸音頻數(shù)據(jù)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中央單元(10) 包括末端配置單元(31)，所述末端配置單元包4舌所述多個末 端單元(T; Tl、 T2、 T3)的列表。
11. 才艮據(jù);f又利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述末端配置單 元(31)連接至用于產(chǎn)生所述數(shù)據(jù)幀的傳輸單元(33)。
12. 根據(jù)權利要求9至11中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述多個末端單元(T; Tl、 T2、 T3)中的每一個均包括用于 從所述同步信號(51)中執(zhí)行時鐘恢復的鎖相環(huán)。
13. 根據(jù)權利要求9至11中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于， 在所述中央單元(10)中提供交換緩沖器(37),用于在末端 單元之間進行的數(shù)據(jù)交換，所述交換緩沖器能夠對接收的數(shù)據(jù) 進行鏡像，并能夠將經(jīng)鏡像的數(shù)據(jù)轉發(fā)至所述中央單元(10) 的收發(fā)器單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)以及控制用于在多個末端單元(T1～T3)的每一個之間傳送音頻數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)的方法。以便提供具有盡可能低的系統(tǒng)開銷的確定性通信協(xié)議以及用于實施該協(xié)議的系統(tǒng)，該方法的特征在于包括以下步驟在初始化階段，所述中央單元(10)檢查所述末端單元(T1～T3)的身份；在配置階段，所述中央單元(10)通過所述主總線(14)傳輸包括第一同步信號、各末端單元的末端單元地址、有效載荷字段以及第二同步信號的預定數(shù)據(jù)幀；以及在音頻采樣時間間隔中，所述多個末端單元(T1～T3)中的一個通過所述數(shù)據(jù)總線(12)傳輸音頻數(shù)據(jù)，所述音頻采樣時間間隔與所述第一同步信號和所述第二同步信號之間的時間間隔相對應。
文檔編號H04L12/403GK101690020SQ200780053632
公開日2010年3月31日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權日2007年7月4日
發(fā)明者克里斯蒂安·維澤爾, 布克哈特·海因克, 馬庫斯·斯米特 申請人:空中客車運作有限責任公司