一种自检测可动态切换可监测的ARINC818交换机的制作方法

本发明属于计算机通信技术，涉及一种自检测可动态切换可监测的arinc818交换机。

背景技术：

arinc818航空电子环境数字视频总线协议是为满足高带宽、低延迟、无压缩数字视频传输而制定的接口及标准规范，支持点到点及开关交换拓扑结构。传统的arinc818交换机采用电路交换方式进行数据传输，通过在特定的输入端口与输出端口之间建立专有链接通路进行arinc818数字视频数据传输，这种交换机仅仅是对视频图像传输系统中的arinc818接收与发送节点之间进行了简单的整合，端口之间若需要进行通道变更只能通过静态切换的方式进行，这种切换方式很不灵活且切换通道选择有限，对应icd文件适配性差；这种交换机不提供监控端口，不支持对指定通道数据的实时监控，不便于进行调试测试及故障排查；另外，在机载环境具体使用过程中，若交换机出现特定输入端口、输出端口或特定通道转发数据错误的情况，通常需要将交换机拆除并通过外部专用测试设备进行故障检测与排查，给问题定位和处理带来很多不变。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具备自检测功能可动态切换可监控arinc818交换机设计方法，实现了arinc818交换机基本架构及动态切换功能以及通道数据监控功能，实现了对交换机特定输入端口、输出端口及转发通道的自检测功能，改变了传统arinc818交换机静态电路交换方式，提供了交换数据监控手段和自检测手段，从而提高了arinc818交换机对不同应用模式的灵活适配特性以及系统综合调试测试及故障排查过程中的便易性。

本发明的技术解决方案是arinc818交换机采用fpga进行设计，通过fpga集成的mgt高速收发器实现交换机n路输入与n路输出端口，基于arinc818－ip实现对数据帧的解析与封装，交换逻辑基于crossbar(交叉开关矩阵)架构进行设计，设计通道选择控制器实现基于icd的端口数据格式匹配以及基于crossbar的路由选择与控制，设计输入/输出监控选择器实现对指定输入端口或输出端口的arinc818数据监控，设计arinc818测试序列生成器实现对交换机端口的测试功能，通过内部控制器实现对icd文件的读取以及对通道选择控制、输入/输出监控选择器和arinc818测试序列生成器的控制，设计测试数据比较器通过控制路由选择及监控方案实现对不同输入及输出端口数据的比较，通过实施不同的测试方案并进行比对实现对特定故障的检测功能，同时可通过i2c接口实现对控制器的指令发送。

本发明的优点是：

1)灵活的路由通道设计：交换通道非静态固定，基于crossbar(交叉开关矩阵)架构进行设计，单输入端口与所有输出端口建立交叉开关矩阵通道，可通过关闭特定交叉点实现特定通道通信；

2)交换通道可切换功能：通过通道选择控制器实现基于icd的端口数据格式匹配以及交换通道的动态路由选择与切换控制；

3)提供数据监控功能：设计输入/输出监控选择器实现对指定输入端口或输出端口的arinc818数据监控，提高了系统综合调试测试及故障排查过程中的便易性；

4)提供测试数据生成功能：设计arinc818测试序列生成器实现对交换机端口的测试功能，提高了交换机的测试性；

5)具备自检测功能：可不依赖于外部测试设备，实现对交换机特定输入端口、输出端口及转发通道的自检测。

附图说明

图1具备自检测功能arinc818交换机功能结构图.

具体实施方式

下面结合附图对n端口arinc818交换机(n路输入端口与n路输出端口)实施方式进行具体说明。

arinc818交换机功能结构如图1所示：

arinc818－ip，实现arinc818帧数据的接收、发送与数据解析；实现arinc818接收状态机，接收来自mgt的数据信号，维护同步状态，检测8b/10b解码后的有效数据，产生32位信号输出；实现arinc818成帧，对接收到的数据和有序集进行解析，有序集包括sofi1、sofi3、sofn1、sofn3、eofn、eoft以及idle，对除此之外的其他有序集均视为idle对待；实现对arinc818通道链路状态监控；实现arinc818帧crc校验与错误统计功能。

mgt高速收发器，采用fpga自带的高速收发器，实现协议规定的链路同步、串并转换、8b/10b编码和物理层功能。

配置寄存器，存储上电默认的点－点路由表、组播路由表及监控方案以及相应输入端口默认的icd文件；其中点－点路由表定义了当前arinc818输入端口与哪个特定的输出端口连通，组播路由表定义了当前arinc818输入端口与哪一组特定的输出端口连通并实现在这些通道上的数据组播发送，icd文件所含内容包括视频格式、像素信息、输出扫描方式、链路速率、帧速率、同步特性等；

通道选择控制器，根据配置寄存器中的上电配置信息或由控制器控制，实现当前arinc818输入端口至任一输出端口或任一组端口的路由选择与切换；上电时，当前通道选择控制器接收控制器所发送过来的通过其读取配置寄存器所获取的相应arinc818输入端口相关初始信息，判断并实现对指定一个输出端口或一组输出端口的通道选通；工作过程中，当前通道选择控制器接收控制器发送的控制指令，实现当前输入端口路由通道至另一个输出端口或另一组输出端口的路由通道的切换，为了防止交换传输的视频帧完整性被破坏，通道选择控制器通过对当前端口视频数据对应的icd文件进行分析，根据icd所定义的视频格式及上一副图像的结束时间(即上一个视频容器的最后一帧完成时刻)判断交换切换时机，控制切换在arinc818协议定义的2个视频容器之间进行，也就是控制通道切换时机发生于视频帧的垂直消隐期间，以保证通道切换过程中视频的完整性；

crossbar交叉开关矩阵，采用crossbar结构实现最小延迟设计，提供n个输入端口与n个输出端口任意互连，只要同时闭合多个交叉节点多个不同的端口就可以同时传输数据，从而为arinc818交换机提供灵活、无阻的路由通路以保证传输延迟的最小化，当前为arinc818交换机输入端口所对应的路由选通由通道选择控制器进行控制；

arinc818测试序列生成器，生成符合arinc818协议及icd定义要求的测试视频数据，用以测试交换机输出端口；由控制器控制实现arinc818交换机运行在测试模式或正常工作模式，在测试模式下，arinc818测试序列生成器启动运行，由控制器进行测试端口选通控制，生成标准测试视频数据并根据测试方案从特定端口输出，结合自检测方法及测试数据比较器比对结论实现对arinc818交换机特定输入端口、输出端口及转发通道的自检测；

输入/输出监控选择器，arinc818交换机提供2路arinc818数据监控端口，可实现对任一输入端口或任一输出端口的数据监控功能；arinc818交换机所有输入端口与所有输出端口通道均连如输入/输出监控选择器，输入/输出监控选择器提供2路输出端口实现监控数据输出，控制器根据配置寄存器中的监控方案对输入/输出监控选择器进行控制，实现对任何arinc818输入端口或输出端口数据至特定监控端口的数据输出选通；

控制器，实现icd配置、通信配置、监控配置、组播配置、通道切换、测试控制以及通道健康状态查询与记录等功能；当输入端口在单位时间内频繁检测到错误帧(如crc错误、帧格式错误等)时，将该输入端口做关闭处理，不再将该输入接口接收的数据帧转发至对应输出端口，该故障由控制器记录并输出；

串口控制器，作为控制器的对外接口，实现命令响应与信息输出，为控制器提供对外通信串行端口，可通过外部控制实现arinc818特定通道之间的路由转发功能、组播映射功能以及动态切换输出功能，同时也支持对控制器的外部控制实现arinc818测试启动及监控方案切换功能；

测试数据比较器，接收arinc818测试序列生成器输入的原始测试数据，接收监控端口0和监控端口1输入的监控数据信息，将监控信息分别与原始测试数据进行比对并将结果输出至控制器；其中，原始数据输出对应端口的选通控制由arinc818测试序列生成器在控制器的控制下实现，对特定输入端口或输出端口的监控由输入/输出监控选择器在控制器的控制下实现。

arinc818交换机自检测方案如下：

将arinc818交换机的输出端口[0－n]与输入端口[0－n]之间通过光纤和耦合器实现1对1互连，形成输出端口0－＞输入端口0、输出端口1－＞输入端口1…输出端口n－＞输入端口n之间的外环绕通路；监控端口0与测试输入端口0通过光纤互连，监控端口1与测试输入端口1通过光纤互连。

由“控制器”控制“通道选择控制器”、“arinc818测试序列生成器”、“输入/输出监控选择器”和“测试数据比较器”开展路由遍历选通测试。

arinc818测试序列生成器分别向[0－n]每个输出端口发送测试视频数据，输入/输出监控选择器每次对应测试不同端口数据，测试数据比较器向控制器输出每次对监控端口0数据和监控端口1数据的比较结果，路由遍历选通测试按照如下规则变化：

第一轮测试：

第一次发送：arinc818测试序列生成器－＞输出端口0－＞输入端口0－＞输出端口0－＞输入端口0(监控端口0监控输入端口0，监控端口1监控输出端口0)；

第二次发送：arinc818测试序列生成器－＞输出端口0－＞输入端口0－＞输出端口1－＞输入端口1(监控端口0监控输入端口1，监控端口1监控输出端口1)；

……

第n次发送：aarinc818测试序列生成器－＞输出端口0－＞输入端口0－＞输出端口n－＞输入端口n(监控端口0监控输入端口n，监控端口1监控输出端口n)。

在第一轮中每次测试数据比较器向控制器输出测试结果。

第二轮测试：

第一次发送：arinc818测试序列生成器－＞输出端口1－＞输入端口1－＞输出端口0－＞输入端口0(监控端口0监控输入端口0，监控端口1监控输出端口0)；

第二次发送：arinc818测试序列生成器－＞输出端口1－＞输入端口1－＞输出端口1－＞输入端口1(监控端口0监控输入端口1，监控端口1监控输出端口1)；

……

第n次发送：aarinc818测试序列生成器－＞输出端口1－＞输入端口1－＞输出端口n－＞输入端口n(监控端口0监控输入端口n，监控端口1监控输出端口n)。

在第二轮中每次测试数据比较器向控制器输出测试结果。

……

第n轮测试：

第一次发送：arinc818测试序列生成器－＞输出端口n－＞输入端口n－＞输出端口0(监控端口0监控输入端口0，监控端口1监控输出端口0)；

第二次发送：arinc818测试序列生成器－＞输出端口n－＞输入端口n－＞输出端口1(监控端口0监控输入端口1，监控端口1监控输出端口1)；

……

第n次发送：aarinc818测试序列生成器－＞输出端口n－＞输入端口n－＞输出端口n(监控端口0监控输入端口n，监控端口1监控输出端口n)。

在第n轮中每次测试数据比较器向控制器输出测试结果。

在自检测过程中，每轮测试中测试数据比较器将a端口接收的arinc818测试序列生成器产生的原始测试数据与b端口接收的对应输入端口数据监控进行比较，比较结果发送给控制器；测试数据比较器将a端口接收的arinc818测试序列生成器产生的原始测试数据与c端口接收的对应输出端口监控数据进行比较，比较结果发送给控制器：

若每轮测试比对结果均正确，则输入端口、输出端口及转发通道的检测均正确；

若在“arinc818测试序列生成器－＞输出端口m－＞输入端口m－＞输出端口n－＞输入端口n(监控端口0监控输入端口n，监控端口1监控输出端口n)”测试中出现测试数据比较器对监控端口1数据正确但监控端口0数据比较错误，则输出端口n或输入端口n存在故障；若测试数据比较器对监控端口0数据和监控端口1数据比较结果错误，则有可能在输出端口m、输入端口m、输出端口n、输入端口n、输入端口m－＞输出端口n转发通道存在故障，分别通过步骤(3)、(4)、(5)进行检测；

对比其他轮测试中“arinc818测试序列生成器－＞输出端口x－＞输入端口x－＞输出端口m－＞输入端口m(监控端口0监控输入端口m，监控端口1监控输出端口m)”测试结果，若数据比较器对监控端口0数据比较正确，则输入端口m－＞输出端口n转发通道存在故障，故障信息由控制器通过串行接口输出；

对比其他轮测试中“arinc818测试序列生成器－＞输出端口x－＞输入端口x－＞输出端口m－＞输入端口m(监控端口0监控输入端口m，监控端口1监控输出端口m)”测试结果，若数据比较器对监控端口1数据比较正确但监控端口0数据比较错误，则输入端口m或输出端口m存在故障；将输出端口m光纤与任一测试正确输入端口y连接，执行测试““arinc818测试序列生成器－＞输出端口m－＞输入端口y(监控端口0监控输入端口y)”，若数据比较器对监控端口0数据比较正确则输出端口m正确，输入端口m故障，故障信息由控制器通过串行接口输出；否则输出端口m故障，故障信息由控制器通过串行接口输出；

对比其他轮测试中“arinc818测试序列生成器－＞输出端口x－＞输入端口x－＞输出端口n－＞输入端口n(监控端口0监控输入端口n，监控端口1监控输出端口n)”测试结果，若数据比较器对监控端口1数据比较正确但监控端口0数据比较错误，则输入端口n或输出端口n存在故障，故障信息由控制器通过串行接口输出；将输出端口n光纤与任一测试正确输入端口y连接，执行测试““arinc818测试序列生成器－＞输出端口n－＞输入端口y(监控端口0监控输入端口y)”，若数据比较器对监控端口0数据比较正确则输出端口n正确，输入端口n故障，故障信息由控制器通过串行接口输出；否则输出端口n故障，故障信息由控制器通过串行接口输出。

本发明技术方案针对传统架构arinc818交换机不支持动态切换且不支持监控功能的缺点，创新地提出了一种可切换可监控arinc818交换机的设计方法和自检测方案，实现了arinc818交换机的动态切换功能以及通道数据监控功能，实现了对交换机特定输入端口、输出端口及转发通道的自检测功能，提高了交换机使用过程中的多场景支持，增强了调试与使用过程中的故障测试方法与测试效率。

本发明实现了arinc818交换机基本架构及动态切换功能、通道数据监控和交换机自检测功能，改变了传统arinc818交换机静态电路交换方式，提供了交换数据监控手段，提高了arinc818交换机对不同应用模式的灵活适配特性以及系统综合调试测试及故障排查过程中的便易性，提供了便利的交换机自检测测试方法。其特征在于，arinc818交换机采用fpga进行设计，交换逻辑基于crossbar(交叉开关矩阵)架构进行设计，设计通道选择控制器实现基于icd的端口数据格式匹配以及基于crossbar的路由选择与控制，设计输入/输出监控选择器实现对指定输入端口或输出端口的arinc818数据监控，设计arinc818测试序列生成器实现对交换机端口的测试功能，通过内部控制器实现对icd文件的读取以及对通道选择控制、输入/输出监控选择器和arinc818测试序列生成器的控制，设计测试数据比较器通过控制路由选择及监控方案实现对不同输入及输出端口数据的比较，通过实施不同的测试方案并进行比对实现对特定故障的检测功能，同时可通过串行接口实现对控制器的指令发送。本发明路由通道设计灵活，交换通道可实现动态路由选择与切换控制，可实现对指定输入端口或输出端口的arinc818数据监控，同时提供测试数据生成功能提高了交换机的测试性，可不依赖于外部测试设备实现对交。