專利名稱：有效及可靠地傳輸時間觸發(fā)以太網(wǎng)信息的通信方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于在分布式實時系統(tǒng)內(nèi)傳輸時間觸發(fā)以太網(wǎng)信息的通信方法，該系統(tǒng)
包括多部節(jié)點計算機，其中每部節(jié)點計算機帶有至少一個以太網(wǎng)控制器，以太網(wǎng)控制器通 過數(shù)據(jù)線直接與被明確地分配給該節(jié)點計算機的時間觸發(fā)星形耦合器的端口連接，并且其 中多個時間觸發(fā)星形耦合器可直接或間接地通過一條或多條數(shù)據(jù)線互相連接以形成封閉 的時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)。 此外，本發(fā)明是關(guān)于在上述通信方法中用時間觸發(fā)星形耦合器傳播以太網(wǎng)信息。
背景技術(shù)：
在過去20年，電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802. 3[5]獲得廣泛接 受，而由于個人計算機領(lǐng)域中當(dāng)前的以太網(wǎng)控制器擁有龐大市場，以致以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的 通信系統(tǒng)的價格大幅下降。由于價格原因，以太網(wǎng)在實時數(shù)據(jù)處理上的使用亦日益增加。第 EP 1 512 254號歐洲專利[4]公開了一種方法，該方法使得在已擴展的以太網(wǎng)系統(tǒng)(以下 稱為TT(時間觸發(fā))以太網(wǎng))內(nèi)傳輸具有良好實時特性的時間觸發(fā)信息變得可能。
在TT以太網(wǎng)[4]中，在兩類信息-傳統(tǒng)以太網(wǎng)信息(以下稱為ET(事件觸發(fā))信 息)和新型TT信息-之間作出區(qū)分。TT信息的特點是其在以太網(wǎng)類別域中包含IEEE以太 網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)管理[5]授權(quán)的位元模式(位元模式88d7)。當(dāng)ET信息(即傳統(tǒng)以太網(wǎng)信息)來自 于時間上不協(xié)調(diào)的開放環(huán)境而因此可能互相之間有時間沖突時，在TT以太網(wǎng)中所有的TT 信息被假定為能在封閉的TT網(wǎng)絡(luò)中按照預(yù)先設(shè)定的排程傳輸而不會相互妨礙。該封閉的 TT網(wǎng)絡(luò)包括多部通過一個或多個TT星形耦合器通信的節(jié)點計算機。 因為兩個TT信息之間的時間差距必須大于精確度n的兩倍，以能夠排除任何TT 信息沖突的可能性[2]，所以TT以太網(wǎng)[4]中TT信息傳輸有用數(shù)據(jù)的效率很大程度上取
決于節(jié)點計算機中tt以太網(wǎng)控制器的時間同步的精確度n [6]。硬件支援[1]需要非常
精確的時間同步大約在IP sec范圍內(nèi))，在市面上的以太網(wǎng)控制器商品中沒有發(fā)現(xiàn)這種精 確的時間同步。如果在軟件中進(jìn)行時間同步，則難以實現(xiàn)高于50ii sec的精確度，即為了排 除TT網(wǎng)絡(luò)中TT信息沖突的可能性，在兩個TT以太網(wǎng)信息之間必須安排至少100 y sec的 時間差距。如果假定在100兆比特(Mbit)/秒的以太網(wǎng)系統(tǒng)中，多數(shù)TT信息的傳輸時間都 大大短于lOOii sec，則當(dāng)使用市面上的以太網(wǎng)控制器商品時，有用數(shù)據(jù)的效率就可能遠(yuǎn)低 于50%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高分布式實時計算機系統(tǒng)內(nèi)有用數(shù)據(jù)的速率以及數(shù)據(jù)安全性， 在該系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點計算機通過例如EP 1 512 254號專利所公開的時間觸發(fā)以太網(wǎng)信息通信。 本發(fā)明通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間，例如周期性網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間(其由排程器預(yù)先分配給各 個TT以太網(wǎng)信息)，實現(xiàn)本發(fā)明的這一目的，其中TT星形耦合器的端口把從節(jié)點計算機到達(dá)的TT以太網(wǎng)信息延遲至其系統(tǒng)時間中這類TT以太網(wǎng)信息的下一網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間，并且端 口正是在這一網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間把該TT以太網(wǎng)信息發(fā)送入該TT網(wǎng)絡(luò)或在始于這一網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時 間向上的確實限定時段內(nèi)把該TT以太網(wǎng)信息發(fā)送入該TT網(wǎng)絡(luò)中。 因而在信息的節(jié)點計算機發(fā)送時間(KNSZPKT)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間(麗SZPKT)之間作 出區(qū)分。按照本發(fā)明，建議調(diào)校TT星形耦合器，以致從節(jié)點計算機到達(dá)的TT以太網(wǎng)信息在 TT星形耦合器的智能端口被延遲至麗SZPKT，以便接著能夠恰好在麗SZPKT把它發(fā)送到TT 網(wǎng)絡(luò)中。根據(jù)發(fā)送節(jié)點計算機的系統(tǒng)時間解讀的KNSZPKT必須比麗SZPKT適時地先存在， 以致于無論如何(也就是即使節(jié)點計算機和TT星形耦合器的系統(tǒng)時間在精確度差距[6] 的極限)，信息的起始處都在由TT星形耦合器中的系統(tǒng)時間解讀的麗SZPKT時到達(dá)TT星形 耦合器。在KNSZPKT和麗SZPKT之間，還可通過TT星形耦合器的智能端口對到達(dá)的TT信 息進(jìn)行時間和語義檢查以改進(jìn)故障檢驗。由于節(jié)點計算機和TT星形耦合器形成了兩個分 開的故障容納區(qū)域[7，3]，所以可通過檢查獨立TT星形耦合器中的信息以減低錯誤信息的 故障傳播的可能性。此外，TT星形耦合器的智能端口可對從節(jié)點計算機到達(dá)的信息進(jìn)行編 碼，以致TT信息以編碼的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。
其它有利實施例在從屬權(quán)利要求中提出。
本發(fā)明產(chǎn)生以下重大經(jīng)濟利益 即使使用市面上的以太網(wǎng)控制器商品，并使用軟件對以太網(wǎng)控制器進(jìn)行時間同 步，TT信息傳輸?shù)挠杏玫臄?shù)據(jù)效率也可增加至遠(yuǎn)多于90%。 對TT星形耦合器的智能端口內(nèi)的TT信息進(jìn)行檢查減低了錯誤傳播的可能性，并 使診斷更加容易。 在TT星形耦合器的智能端口對信息進(jìn)行編碼，提高實時系統(tǒng)的安全性而無需給 應(yīng)用計算機增加額外負(fù)擔(dān)。 可不改變用于傳輸TT信息和ET信息的硬件就可使用傳統(tǒng)的以太網(wǎng)控制器。


下文基于非限定例子的附圖對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明。在附圖中，
圖1顯示了帶有TT星形耦合器的分布式計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，
圖2顯示了信息的發(fā)送時間，以及
圖3顯示了 TT以太網(wǎng)信息的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
以下段落以可能的例子顯示了該新穎方法的實施例，在該例子中帶有通過TT星 形耦合器連接的三部節(jié)點計算機。 圖1顯示了帶有TT星形耦合器101的分布式計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三部節(jié)點 計算機111、112、113，其通過雙向線與TT星形耦合器101連接。TT星形耦合器101可通過 線100與其它TT星形耦合器連接，從而可以成為包括多個TT星形耦合器的時間觸發(fā)(TT) 網(wǎng)絡(luò)的一部分。組成TT網(wǎng)絡(luò)的所有TT星形耦合器的系統(tǒng)時間假定是具有共同的高精確度 的時間基礎(chǔ)[6](優(yōu)于1 ii sec) 。 TT星形耦合器101包括三個智能端口 121、 122、 123，這些 智能端口可通過實際的以太網(wǎng)開關(guān)102交換信息。各個智能端口 121、122、123帶有自主的
5處理能力，以致信息可被并行地接收并同時在端口被處理。例如，每個端口可以有自有的、 帶有本地儲存器的計算機以處理信息。在指定端口 121，從節(jié)點計算機(例如節(jié)點計算機 111)到達(dá)的TT以太網(wǎng)信息在端口 121被延遲，直至達(dá)到這類信息的下一個周期性返回的網(wǎng) 絡(luò)發(fā)送時間(麗SZPKT)。在TT以太網(wǎng)[4]中，信息類型由TT網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點計算機的周期性 發(fā)送時間明確地設(shè)定。與其相比，按照本發(fā)明，TT信息的類型由信息的周期性網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時 間(NWSZPKT)明確地確定。 圖2顯示了在周期性的循環(huán)演示中發(fā)送周期性時間觸發(fā)信息的時間順序，其中以 節(jié)點計算機lll和端口 121發(fā)出信息為例。該時間在圖2中以順時針方向移動。因為智能 端口 121的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間麗SZPKT 202 (以及其它端口 122、 123和通過連接線100連接的 封閉TT網(wǎng)絡(luò)的其它TT星形耦合器的其它端口的發(fā)送時間)是基于高精確度(使用相應(yīng)的 硬件支援可輕易得到高于1 P sec的精確度)的時間基礎(chǔ)[6]，所以由于這一精確的時間基 礎(chǔ)，信息排程器可以在封閉的TT網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)TT信息與TT信息之間短時間而無沖突的傳輸 的排程，從而能夠在TT網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)高的有用數(shù)據(jù)的速率。設(shè)定網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間麗SZPKT 202 后，在第二階段，設(shè)定節(jié)點計算機發(fā)送TT信息的時間KNSZPKT 201的排程。因為KNSZPKT 201是由節(jié)點計算機的系統(tǒng)時間解讀，但網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間麗SZPKT 202是由TT星形耦合器的 系統(tǒng)時間解讀，所以在排程節(jié)點計算機發(fā)送時間KNSZPKT 201時必須考慮節(jié)點計算機和星 形耦合器之間時間同步的預(yù)定精確度，以致即使接近于最差同步的情況下，信息的起始處 也先于系統(tǒng)發(fā)送時間麗SZPKT 202按時到達(dá)TT星形耦合器的端口 。 KNSZPKT和麗SZPKT之 間的時間差距必須大過這時間同步精確度[6]加上在TT星形耦合器端口中該信息的第一 比特的傳輸持續(xù)時間和可選的信息預(yù)先處理持續(xù)時間的兩倍。此外，必須保證信息剩余部 分在必須發(fā)送該信息剩余部分之前到達(dá)端口，以致發(fā)送行動一旦開始就不會被打斷。
如果節(jié)點計算機的系統(tǒng)時間不與TT星形耦合器的系統(tǒng)時間同步，那么KNSZPKT 201就是隨機的。在這一退化情況中，從節(jié)點計算機到達(dá)的信息在TT星形耦合器的端口中 被延遲，直至到達(dá)這類TT信息的下一周期性的麗SZPKT 202時。如果同一類型的多個TT 信息在單個的信息周期內(nèi)到達(dá)，則不進(jìn)一步發(fā)出TT信息且在診斷計算機產(chǎn)生故障信息，因 為顯然地，故障已產(chǎn)生。 因為假設(shè)所有TT星形耦合器都帶有由相應(yīng)硬件支援的高精確度時間同步，所以 TT網(wǎng)絡(luò)的TT星形耦合器和節(jié)點計算機之間能達(dá)到的時間同步的精確度主要取決于節(jié)點計 算機中的時間同步類型。如果通過節(jié)點計算機中的軟件達(dá)到時間同步，則可能難以得到高 于50iisec的精確度。但是，如果節(jié)點計算機帶有專用同步硬件(即對應(yīng)與IEEE 1588標(biāo) 準(zhǔn)[7]的時間同步硬件)，則可得到高得多的精確度。那么，本發(fā)明支援不同等級的裝有市 面上不同的以太網(wǎng)控制器商品的終端系統(tǒng)，而無須降低TT網(wǎng)絡(luò)中TT以太網(wǎng)信息傳輸?shù)挠?用數(shù)據(jù)的效率。 TT信息的特性(例如KNSZPKT 201和麗SZPKT 202，以及可選地由星形耦合器檢 查的信息的謂詞)必須在發(fā)送TT信息之前已知。這些特性或者可以在運行時間前由離線 排程器靜態(tài)地設(shè)定，或者在就要發(fā)送信息前在節(jié)點計算機的提示下由TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點 在線地動態(tài)地決定。節(jié)點計算機也可通過標(biāo)準(zhǔn)ET以太網(wǎng)信息提示TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點以動 態(tài)地排程新的TT信息。這種TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點可像任何其它以太網(wǎng)節(jié)點計算機一樣與TT 星形耦合器101連接。例如，在圖1中，節(jié)點113就可以是這種TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點。在同一發(fā)明的另一表達(dá)形式中，TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點也可整合在TT星形耦合器中。這種TT以太 網(wǎng)服務(wù)節(jié)點也可通過例如GPS接收器或通過原子鐘具有一個接近于精確的外部時間基礎(chǔ)。 TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點可通過以太網(wǎng)信息把這外部時間分配給題述中TT網(wǎng)絡(luò)中的所有TT星形 耦合器和節(jié)點計算機。時間的分配可對應(yīng)于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)如IEEE標(biāo)準(zhǔn)1588[5]而實現(xiàn)。這標(biāo) 準(zhǔn)已被多個微型計算機的硬件所支援。如果節(jié)點計算機支援這一同步標(biāo)準(zhǔn)，則在該節(jié)點計 算機的系統(tǒng)時間的高精確度的基礎(chǔ)上，KNSZPKT 201和麗SZPKT 202之間的時間差距可保 持很短，從而可縮短實時信息傳輸?shù)牡却龝r間。如果未在節(jié)點計算機中給予在時間同步上 的這一種類的硬件的支援，則必須接受較長的傳輸?shù)却龝r間。 如果TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點預(yù)先向受到信息傳送影響的所有TT星形耦合器發(fā)出所 有TT信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間麗SZPKT 202，則在TT信息到達(dá)前，TT星形耦合器已可適時地 于麗SZPKT時保持[4]TT信息傳輸所需的ET信息的傳輸通道清空，因而使得TT信息于 麗SZPKT在預(yù)留的空置線路上以最少的等待時間傳送TT信息變得可能。在星形耦合器中這 最小的信息等待時間-僅幾個比特的延遲(即在100兆比特/秒以太網(wǎng)系統(tǒng)中，僅很小量 的P sec)，在包含多個TT星形耦合器的系統(tǒng)內(nèi)特別重要，例如通過把很多TT星形耦合器串 聯(lián)在一起以支持總線布線和多部節(jié)點計算機中的TT信息同時到達(dá)時是重要的。
為保證在TT星形耦合器的暫時故障后，全球時間、TT信息的所有麗SZPKT以及用 以識別預(yù)期在端口接收到的以太網(wǎng)信息的故障所需的所有特性都在TT星形耦合器的智能 端口 121、122、123于TT星形耦合器中預(yù)先指定的重啟時間內(nèi)再次出現(xiàn)，全球時間和TT信 息特性被從一個或多個服務(wù)節(jié)點周期性地發(fā)送到TT星形耦合器。TT星形耦合器101周期 性地傳遞全球時間至直接給其指定的節(jié)點計算機111、112、113，以致節(jié)點計算機可與全球 時間同步。 在分布式實時系統(tǒng)內(nèi)，各部節(jié)點計算機Hl、112和113以及星形耦合器101形成 故障容納單元(FCU)，即它們僅在FCU結(jié)果內(nèi)顯示故障(軟件或硬件)的即時后果。FCU可 通過故障信息(在數(shù)值或時間范圍內(nèi))間接地對通信系統(tǒng)和其他節(jié)點計算機有不利影響。 因此有故障的FCU必須被隔離。如果僅節(jié)點計算機111、112、113的其中一個有故障，則在 通常情況下，不能對有故障的節(jié)點計算機的狀態(tài)做出假定。因此，故障隔離僅可在兩個獨立 FCU存在時實現(xiàn)， 一個FCU(如節(jié)點計算機111)顯示了故障狀態(tài)，而獨立的第二 FCU(如TT 星形耦合器IOI)識別出此故障狀態(tài)并阻止故障傳播。與本發(fā)明對應(yīng)，在可信任(trusted) 單元和不可信任(nottrusted)單元間作出了區(qū)分。假定星形耦合器101和TT以太網(wǎng)服務(wù) 節(jié)點是可信任的，而節(jié)點計算機111、112、113通常是不可信任的?？尚湃蔚男切务詈掀?01 防止節(jié)點計算機111、112、113的故障在硬件還是軟件中、是意外的還有有意的(安全性的 缺陷)對無故障節(jié)點計算機的TT信息傳輸?shù)臅r間特性有不利的影響。為防止惡意發(fā)送者 能把錯誤的TT信息特性發(fā)給TT星形耦合器，這些信息特性以加密編碼的形式從TT服務(wù)節(jié) 點傳輸?shù)絋T星形耦合器。 如果在智能端口 121中進(jìn)一步預(yù)先處理信息，則這一預(yù)先處理的WCET (最差執(zhí)行 時間)是被包含在KNSZPKT 201和麗SZPKT 202之間的時間差距的排程中。這一預(yù)先處理 可以是信息內(nèi)容在智能端口 121中的編碼或者是通過檢查信息內(nèi)容的謂詞以減低節(jié)點計 算機111所導(dǎo)致的數(shù)值范圍的錯誤的故障傳播的可能性。此外，帶有起始時間210和結(jié)束時 間211的預(yù)期接收的窗口可在信息排程中預(yù)先確定，以致可通過獨立的TT星形耦合器101的端口 121識別模式計算機111的時間范圍內(nèi)的故障。如果故障被端口 121識別，則端口 121會把ET診斷信息發(fā)送給診斷計算機。由于節(jié)點計算機lll和指定端口 121被設(shè)置在兩 個獨立的故障容納區(qū)(Fault Containment Region)中，所以就排除了僅一個故障源就引起 故障且同時關(guān)閉故障檢測的情況。因為這個原因，在指定智能端口 121處觀察節(jié)點計算機 111的狀態(tài)是檢測故障[3]特別有效的方法。 指定給節(jié)點計算機的智能端口 (如與節(jié)點計算機111有關(guān)的端口 121)可在到達(dá) 的TT信息被發(fā)送入網(wǎng)絡(luò)之前用密碼進(jìn)行編碼。端口 121必須相應(yīng)地在信息被傳送到節(jié)點 計算機111之前對從該網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的所有編碼信息進(jìn)行解碼。TT信息的編碼和解碼的管理與 被編碼的ET信息一起進(jìn)行。 圖3顯示了時間觸發(fā)(TT)以太網(wǎng)信息的可能結(jié)構(gòu)。域301-305和域310-312在 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)[5]中是被預(yù)先決定的。與IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)管理一致，在標(biāo)簽類型域305內(nèi)， 所有協(xié)議特定的TT以太網(wǎng)信息都包含位元模式88d7，以能夠清楚地識別全球的每個TT以 太網(wǎng)信息?？蛇x擇描述應(yīng)用信息與TT信息的時間關(guān)系，因而可設(shè)有確切限定的時間狀態(tài)。 這些信息保留了已預(yù)先限定的標(biāo)簽類型域。作為例子，圖3在本發(fā)明的可能但并非唯一可 能的實施例中提供了兩字節(jié)TT控制域306。域306的第一字節(jié)包含該TT信息的控制信息， 如TT信息是否同步信息。通過TT控制域306中的另一比特，在信息是周期性TT信息或者 是偶發(fā)性(sporadic)TT信息之間作出區(qū)分。周期性TT信息在指定給這類TT信息的每個 時期內(nèi)發(fā)出。偶發(fā)性TT信息不在指定給這類TT信息的每個時期內(nèi)發(fā)出。當(dāng)周期性TT信 息被接收處節(jié)點解釋成為作為發(fā)送處節(jié)點的重要符號時，其故障意味著發(fā)送處的暫時性或 永久性的故障，而偶發(fā)性TT信息不是這種情況。 域306的第二字節(jié)包含TT以太網(wǎng)信息的長度，TT以太網(wǎng)信息的長度以8字節(jié)為 單位。域307(周期ID)以16比特的層位設(shè)定在全球時間中當(dāng)前周期的位置。由節(jié)點計算 機的系統(tǒng)時間解讀的KNSZPKT 201被包含在域307中。由TT星形耦合器的系統(tǒng)時間解讀 的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間麗SZPKT 202被包含在域308中。麗SZPKT還清楚地定義了 TT以太網(wǎng)信息 的類型，即信息ID。如上文已提到的，所有TT信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間麗SZPKT 202必須由排 程器排程，以致在預(yù)定的TT網(wǎng)絡(luò)中沒有TT信息的沖突。作為對比，有可能多部節(jié)點計算機 可在同一 KNSZPKT 201在給其指定的TT星形耦合器的端口發(fā)出其TT信息。
最后再一次概括本發(fā)明的目的透過多部節(jié)點計算機利用一個或多個通信通道以 TT以太網(wǎng)信息通信去提高分布式實時計算機系統(tǒng)使用以太網(wǎng)控制器商品時有用數(shù)據(jù)的效 率和安全性。為達(dá)到這一目標(biāo)，在信息的節(jié)點計算機發(fā)送時間(KNSZPKT)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間 (麗SZPKT)作出區(qū)分。由發(fā)送節(jié)點計算機的的系統(tǒng)時間解讀的KNSZPKT必須適時地存在于 麗SZPKT之前，以致于無論如何(也就是，即使節(jié)點計算機和TT星形耦合器的系統(tǒng)時間位于 精確度差距的極限)，信息的起始處都在由TT星形耦合器中的系統(tǒng)時間解讀的麗SZPKT時 已到達(dá)TT星形耦合器。建議調(diào)校TT星形耦合器，以致從節(jié)點計算機到達(dá)的信息在TT星形 耦合器的智能端口中被延遲直至麗SZPKT，以能夠恰好在麗SZPKT把其發(fā)送入TT網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的上述具體實施例僅代表本發(fā)明很多實施的可能性中的一種。
引用專利 發(fā)表于1989年12月12日的第US 5， 694， 542號專利備有實時精確節(jié)點同步的 松散式耦合的分布式計算機系統(tǒng)。
1996年12月18日的第EP 0 658 257號專利用于傳輸信息的通信控制單元和 方法。 2003年4月16日的第EP 1 222 542號專利帶有集成保護裝置的信息分配器裝置。 2005年5月10日的第EP 1 512 254號專利時間觸發(fā)(TT)以太網(wǎng)。 其他參考文獻(xiàn) IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802. 3， URL :http:〃standards. ieee. org Kopetz， H. (1997)。分布嵌入式應(yīng)用的實時系統(tǒng)和設(shè)計原理；ISBN :
0_7923_9894_7. Boston. Kl騰r Academic Publishers. 時鐘同步的IEEE標(biāo)準(zhǔn)1588， URL :http:〃standards. ieee. org
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權(quán)利要求
一種在分布式實時計算機系統(tǒng)中傳輸TT以太網(wǎng)信息的通信方法，該系統(tǒng)包括多部節(jié)點計算機(111，112，113)，其中每部節(jié)點計算機帶有至少一個以太網(wǎng)控制器，該以太網(wǎng)控制器通過數(shù)據(jù)線直接與被明確地分配給該節(jié)點計算機的時間觸發(fā)星形耦合器(101)的端口(121，122，123)連接，并且多個時間觸發(fā)星形耦合器可直接或間接通過一條或多條數(shù)據(jù)線(100)互相連接以形成封閉的時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)，其特點在于網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間(309)通過排程器被預(yù)先分配給各個TT以太網(wǎng)信息，其中TT星形耦合器的端口(121)把從節(jié)點計算機(111)到達(dá)的TT以太網(wǎng)信息延遲至其系統(tǒng)時間中這類TT以太網(wǎng)信息的下一網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間，并且端口(121)正是在這一網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間把該TT以太網(wǎng)信息發(fā)送入該TT網(wǎng)絡(luò)或在始于這網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間向上的確實限定時段內(nèi)把該TT以太網(wǎng)信息發(fā)送入該TT網(wǎng)絡(luò)。
2. 按照權(quán)利要求l所述的通信方法，其特點在于周期性節(jié)點計算機發(fā)送時間(308)通 過排程器被預(yù)先分配給一類TT以太網(wǎng)信息，節(jié)點計算機發(fā)送時間由發(fā)送節(jié)點計算機的系 統(tǒng)時間解讀并且設(shè)定了信息從節(jié)點計算機到TT星形耦合器的指定端口的預(yù)定發(fā)送時間， 其中節(jié)點計算機發(fā)送時間和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間之間的時間差距必須大于節(jié)點計算機的系統(tǒng)時 間和TT星形耦合器的系統(tǒng)時間之間的時間同步的精確度加上自主TT星形耦合器端口中該 信息的第一比特的傳遞持續(xù)時間和TT以太網(wǎng)信息的可選預(yù)先處理持續(xù)時間的兩倍，以致 于在網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間前，信息的起始處及時地準(zhǔn)備好以傳輸入TT網(wǎng)絡(luò)，從而整個信息在適當(dāng) 時候不停地候命以進(jìn)一步連續(xù)不斷地傳輸入TT網(wǎng)絡(luò)。
3. 按照權(quán)利要求l所述的通信方法，其特點在于周期性網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間(308)被包含在 接收到的TT信息中。
4. 按照權(quán)利要求l-3所述的通信方法，其特點在于周期性節(jié)點計算機發(fā)送時間(309) 被包含在TT信息中。
5. 按照權(quán)利要求1-4中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于TT星形耦合器的 智能端口從獨立的TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點接收全球時間以及在指定時間范圍內(nèi)的、預(yù)期在端 口的TT信息的特性，并且動態(tài)地檢驗到達(dá)的TT信息是否與這些預(yù)先指定的特性相對應(yīng)。
6. 按照權(quán)利要求1-5中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于TT星形耦合器的 智能端口動態(tài)地檢驗預(yù)期在端口的TT信息的指定數(shù)值范圍內(nèi)的特性以及到達(dá)的TT信息是 否與這些預(yù)先指定的特性相對應(yīng)。
7. 按照權(quán)利要求5或6所述的通信方法，其特點在于TT星形耦合器的智能端口周期性 地從一個或多個獨立的TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點接收全球時間以及將要接收到的TT信息的指定 特性，以致在TT星形耦合器的暫時故障之后的一段時間內(nèi)，TT星形耦合器再次具有全部要 達(dá)到故障檢測所需的狀態(tài)的資訊。
8. 按照權(quán)利要求5-7中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于獨立的TT以太網(wǎng) 服務(wù)節(jié)點把TT信息特性以加密編碼形式傳輸?shù)絋T星形耦合器的端口 。
9. 按照權(quán)利要求1-8中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于如果到達(dá)的TT信 息的一個或多個指定特征違反了時間范圍或數(shù)值范圍，則TT星形耦合器的智能端口發(fā)送 ET以太網(wǎng)信息至診斷計算機。
10. 按照權(quán)利要求1-9中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于TT星形耦合 器(101)周期性地把全球時間發(fā)送給與TT星形耦合器直接相連的節(jié)點計算機(121,122，123)。
11. 按照權(quán)利要求1-10中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于TT星形耦合器 的智能端口把到達(dá)的TT信息進(jìn)行加密編碼。
12. 按照權(quán)利要求1-11中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于直接分配給節(jié) 點計算機的TT星形耦合器的智能端口在信息被發(fā)送給節(jié)點計算機之前把從網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的信 息解碼。
13. 按照權(quán)利要求11或12所述的通信方法，其特點在于TT信息編碼或解碼的編碼管 理所需的資訊以加密的ET信息傳輸。
14. 按照權(quán)利要求1-13中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于在預(yù)知TT信息 的將來的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間的基礎(chǔ)上，TT星形耦合器適時地為預(yù)期的TT信息清空在TT星形耦 合器和節(jié)點計算機之間傳輸TT信息所需的傳輸通道。
15. 按照權(quán)利要求1-14中的一個權(quán)利要求所述的通信方法，其特點在于在周期性和偶 發(fā)性(sporadic)TT信息之間作出區(qū)分。
16. —種在按照權(quán)利要求1-15的通信方法中計算TT信息的發(fā)送時間的方法，其特點在 于在第一個階段，將TT星形耦合器系統(tǒng)時間的良好的精確度納入考慮，計算所有TT信息的 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間的無時間沖突的排程，以及在第二階段，基于該時間排程，確定節(jié)點計算機要 發(fā)送的TT信息的節(jié)點計算機發(fā)送時間，其中將每個單個節(jié)點計算機的個別精確度以及在 TT星形耦合器的端口中指定給該信息的可選的信息預(yù)先處理納入考慮。
17. TT以太網(wǎng)服務(wù)節(jié)點計算機，其特點在于其在線并動態(tài)地完成權(quán)利要求16所述的方法。
18. 按照權(quán)利要求1-15中一個權(quán)利要求所述的通信方法中的用于傳播以太網(wǎng)信息的 TT星形耦合器，其特點在于TT星形耦合器包括中心開關(guān)(102)和多個智能端口 (121,122， 123)，其中每個智能端口 (121,122,123)包含帶有其自有的CPU和存儲器的自主的智能子 系統(tǒng)，并且這些子系統(tǒng)被另外設(shè)置以并行處理到達(dá)的以太網(wǎng)信息。
19. 按照權(quán)利要求18所述的用于傳播以太網(wǎng)信息的TT星形耦合器，其特點在于組成 TT網(wǎng)絡(luò)的所有TT星形耦合器的時間系統(tǒng)以高度精確的方式同步。
20. —種用于傳播TT以太網(wǎng)信息的TT星形耦合器，其特點在于TT星形耦合器實行權(quán) 利要求1-15中規(guī)定的一個或多個處理步驟。
全文摘要
本發(fā)明的目的是透過多部節(jié)點計算機利用一個或多個通信通道以TT以太網(wǎng)信息通信去提高分布式實時計算機系統(tǒng)使用以太網(wǎng)控制器商品時有用數(shù)據(jù)的效率和可靠性。為達(dá)到這一目標(biāo)，在信息的節(jié)點計算機發(fā)送時間(KNSZPKT)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時間(NWSZPKT)之間作出區(qū)分。由發(fā)送節(jié)點計算機的系統(tǒng)時間解讀的KNSZPKT，必須及時地存在于NWSZPKT之前，以致于無論如何(也就是，即使節(jié)點計算機和TT星形耦合器的系統(tǒng)時間位于精確度差距的極限)，信息的起始處都在由TT星形耦合器中的系統(tǒng)時間解讀的NWSZPKT時已到達(dá)TT星形耦合器。建議調(diào)校TT星形耦合器，以致從節(jié)點計算機到達(dá)的信息在TT星形耦合器的智能端口中被延遲直至NWSZPKT，以能夠恰好在NWSZPKT把其送入TT網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號H04L12/417GK101707954SQ200880019119
公開日2010年5月12日 申請日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者岡瑟·鮑爾, 威爾弗里德·施泰納, 布倫達(dá)·霍爾, 赫而曼·高柏茲, 邁克爾·珀利什, 馬蒂亞斯·韋希特爾 申請人:Fts電腦技術(shù)有限公司