TTE网络端系统实时系统设计

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随着空间电子技术的发展,未来航天器将采用分布式综合模块化电子系统,这将是占领太空网络战略至高点的关键技术保证。总线网络作为卫星、航天器的“神经中枢”,在信息传输的过程中起着至关重要的作用。海量的数据处理,高速的信息传输,复杂的应用场景,对航天器总线网络的可靠性、实时性、多源融合网络数据流传输的要求越来越严格。传统的卫星以及航天器普遍采用1553B数据总线进行模块间信息的传输,其效率低下、互联繁琐、平台性能低、难以适应未来航天器的发展需求。卫星电子系统采用分布式模块化设计,需要解决系统间协同化管理问题,另外总线网络需要具有强大的实时信息处理和交换能力。时间触发以太网(TTE)是在以太网802.3协议基础上利用分布式时间同步技术,通过时间触发控制实现端节点之间信息的确定性传输。时间触发以太网内各个端系统节点提供本地时间信息,然后在交换节点生成一个全局时钟,进而为时间触发网络提供无竞争的网络数据传输服务。在实时性方面,时间触发以太网是通过预配置调度表的方式提前对整个网络进行静态配置,保证各个TTE网络端系统节点在全局时钟调度下,周期性的进行数据帧的确定性传输服务,减小了网络传输冲突而造成的延迟,保证了数据收发的强实时性。可以预见,利用时间触发以太网在实时性、可靠性、时间确定性、容错性上的优势,能够为卫星及航天器提供在复杂网络应用环境下安全关键的信息传输服务。本文通过对时间触发以太网SAE AS6802时间同步协议、网络分层体系结构以及分布式时间同步技术特点的研究,设计时间触发以太网端系统Vx Works驱动程序及应用测试程序。驱动程序提供周期性的网络同步中断,及关键数据帧通信的中断处理机制,可提供给应用软件进行实时调度设计。在保证数据帧通信服务质量方面,对关键数据帧与非关键数据帧的接收和发送缓存区,进行分离处理,使得不同类型的数据帧通信之间不会相互串扰。应用层软件在对不同业务数据帧的混合流量调度上,采用多线程,多优先级设计,保证了最小化传输延迟和抖动,满足时间确定性网络传输特点。最后通过搭建时间触发以太网多优先级级联测试场景,完成多优先级、不同服务质量数据帧的业务通信,及相关网络参数的测试工作。最终测试结果表明TTE网络端系统驱动程序和应用测试程序,满足系统设计要求,能够为航天器通信采用TTE网络提供实时、确定、可靠的通信技术解决方法。
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