时间触发以太网确定性调度设计与研究

随着航空航天领域电子系统向分布式发展,对机载网络高带宽、低延迟、高可靠性的要求越来越严格。传统的CAN、ARINC429等总线正在逐渐被AFDX、TTP、TTE等新一代航空总线技术代替。针对TTE交换式网络,设计了一种新的兼容时间触发流量和标准的事件触发流量的TTE以太网交换机方案,保证了时间触发流量的延时是可控的,并且固定在一定的范围内。经wireshark、Iperf3等软件测试检验了交换机的交换速率、抖动和丢包率;经modelsim软件仿真,并在FPGA硬件实验板上通过嵌入式逻辑分析仪和示波器检验了时间触发流量传输的可靠性、延迟范围和时间同步精度,根据同步周期的不同使同步精度达到了us级、ns级。     

基于时间触发的高可靠性实时系统架构

时间触发架构（TTA）为设计和实现高可靠性分布式嵌入式系统提供了软件和硬件的模型。在TTA系统中，全局时基和各种接口的精确定义，简化了节点间通信，保障了实时应用时限和错误检测。该文描述了TTA模型和TTA设计原则，并提出了基于TTA简单的车载节点模型。     

光纤通道──连接未来网络和通道的桥梁

从结构、协议和应用方面对光纤通道作了较为全面的介绍。     

基于光纤通道的通信系统研究与设计

提出了一种嵌入式平台下基于光纤通道的通信系统设计方案,论述了它的系统结构及实现方法。光纤通道技术是一种高速率的数据通信技术,文章在介绍了光纤通道的技术背景后,分析了基于光纤通道的FCP协议层次,并针对当前嵌入式平台数据传输需求进行了高速通信协议的应用设计。以此为基础,设计并实现了基于光纤通道的通信软件系统的各个模块,并介绍了其中主要模块的实现以及模块间的关系。     

光纤通道网络设计

通过设计Ｇｉｇｗｏｒｋｓ１０６２ＰＣＩ Ａｄａｐｔｅｒ构造的光纤通道网络监控测试软件和基于ＴＣＰ、ＵＤＰ网络应用软件,实现了对光纤通道数传率、拓扑结构、主要类服务和协议层次结构的研究。     

基于DSP的时间触发总线设计与实现

网络通信系统是现代航空电子系统以及其他分布式实时容错系统的中枢,基于时间触发架构的网络通信系统是一个重要的发展方向。首先对于TTP/C协议的基本架构以及上电群启动过程,全局时钟同步,容错策略等关键技术进行介绍,然后提出一种基于TTP的时间触发总线协议,并基于DSP实现协议控制器进行时间触发通讯。结果表明时间触发总线具有良好的时间确定性,容错特性以及较高的总线利用率,适用于航空,铁路,汽车等安全关键系统的底层网络通信。     

基于FPGA的时间触发协议控制器实现

时间触发协议是TTA架构必需的通信协议,用于在要求高可靠性的分布式容错实时系统中电子模块之间的互连;目前作为时间触发通信系统重要组成部分的时间触发控制器主要是采用处理器来实现协议的处理,协议开销比较大;基于FPGA的时间触发协议控制器的设计,采用了具有较好同步能力的编码方式和合理的帧格式,在建立全局时间基准的基础上优化了协议处理状态机,利用FP-GA的并行处理能力,降低了协议开销,增加了总线的效率,同时也提高了时钟同步精度和容错能力;仿真结果表明,基于FPGA的时间触发协议控制器具有较好的性能.     

时间触发总线验证技术研究

TTP协议定义了一种高确定性,无冲突,高安全的通信总线,能够满足包括飞行控制等的安全关键实时控制系统的应用要求。时间触发总线验证技术根据TTP协议规范要求,针对研制的节点进行测试,包括基本通信测试、时钟同步、故障注入等不同的测试场景,充分验证被测节点的各项功能、性能。通过这些测试,表明被测节点各项指标都满足研制需求,可用于安全关键实时控制系统。     

时间敏感网络中确定性传输技术综述

时间敏感网络是工业互联网基础设施转型升级的重要研究方向,确定性传输技术是时间敏感网络面向工业控制支撑确定性实时传输需求的核心关键技术,主要包括控制面的时间触发调度技术、转发面的混合传输技术以及确定性时延分析技术.调研了近年来时间敏感网络中确定性传输技术的研究现状并进行了系统地梳理和总结,首先介绍了时间敏感网络不同种类业务流的流量模型;然后基于该流量模型,介绍了控制面的时间触发调度模型、研究现状及其挑战,介绍了转发面时间敏感网络交换机的体系结构、多业务流混合传输策略以及当前方案的不足与改进方向;接着,对整个时间敏感网络的时延模型进行建模分析,介绍基于网络微积分的确定性时延分析技术、研究现状以及可能的改进方向;最后,总结时间敏感网络确定性传输技术所面临的挑战以及未来的研究展望.     

事件/时间触发嵌入式操作系统内核的设计

针对分布式实时系统对操作系统内核的新需要,为避免因时间触发任务相互影响而造成的抖动,研究了时间触发任务的调度器设计,提出了一种改进的调度策略;在开放源代码的uCOSII嵌入式操作系统内核的基础上扩展了时间触发功能,设计了支持事件/时间混合触发的嵌入式实时操作内核TTuCOSII（Time-Triggered Micro Operating System II）。仿真实验表明TTuCOSII具有较高的时间触发精度,良好的调度性能,可以满足事件/时间混合触发的要求。     

MCP2515在TTCAN协议Level 1节点中应用

TCAN是基于CAN的时间触发的高层协议,具有确定性行为,因而适用于安全相关的场合。本文首先从参照时间、基本周期、系统信息阵、网络时间单元和全局时间五个方面对TTCAN协议进行分析,其后讲解了基于MCP2515的一个TTCAN协议Level 1节点的实现方案。     

基于时间触发总线的发动机分布式控制系统原型设计

分布式控制具有重量轻、模块化程度高和可靠性高等特点,是未来航空发动机电子控制系统的发展方向之一。基于时间触发总线TTP/C构建了分布式控制原型系统,根据发动机控制需求将系统划分为监控节点和智能节点的架构,制定了集群级和节点级的TTP/C通信协议。基于Simulink模型设计了智能节点应用软件,基于VxWorks设计了监控节点应用软件。经过系统试验,表明基于TTP/C通信总线的分布式原型系统能够满足发动机分布式控制通信要求,具有实时性好、可靠性高的特点。     

Event‐triggered Control for Cluster Consensus in Multi‐agent Networks

This paper considers the issue of cluster consensus for multiple agents in fixed and undirected networks. Agents in a network are supposed to split into several clusters, and a fraction of the agents in each cluster are pinned by virtual leaders. According to the Lyapunov stability theory and graph theory, some appropriate event‐triggered protocols are developed for consensus of the agents belonging to the same cluster, which can greatly reduce both the number of communication updates and that of control actuation updates. Finally, a numerical example is shown to demonstrate the effectiveness of the proposed theoretical results.     

双重触发的嵌入式系统内核安全访问控制

随着外部事件的不可预知性和实时任务复杂性的增加,传统的仅采用基于事件触发机制的嵌入式实时操作系统的设计变得更加困难,在很多情况下,该系统难以保证实时运行过程中的安全性与可靠性。本文针对μC/OS-II在设计之初并没有考虑时间触发以及安全访问控制机制的特性,结合OSEK时间触发标准,设计并实现一种符合OSEK标准的、基于时间/事件双重触发的内核任务调度机制,并在该调度机制中,提出通过采用通用访问控制框架（GFAC）和安全属性映射表的方法,保证了不同角色对系统访问的安全访问控制。实验结果表明,所设计的调度机制和访问控制方法不仅满足了时间和事件双重触发特征,而且加强了对内核的安全访问控制操作并具有良好的使用效能。     

AFDX端系统关键技术的研究与实现

分析AFDX协议关键技术,围绕其端系统的构建,给出一个实用的AFDX端系统架构。针对AFDX的地址映射和实时性机制,提出AFDX端系统关键模块的发送协议处理算法和流量整形综合调度算法。基于Linux操作系统,对该AFDX端系统架构进行仿真验证,结果证明其较好地满足了航空电子网络数据传输的实时性和可靠性需求。