时间触发网络中的集群耦合器的制作方法

专利名称：时间触发网络中的集群耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在时间触发网络中用于对在相同协议下运行的 集群进行连接的集群耦合器。而且涉及一种具有经由集群耦合器耦合 的多个集群的网络。本发明还涉及一种用于在不同集群之间进行通信 的方法。
背景技术：
可靠的汽车通信网络依赖于TTP/C或FlexRay之类基于遵照预 定T D M A方案的广播方法的时间触发通信协议。提出了时间触发协议 来分配用于例如汽车工业中的实时通信系统。在2001届海洋世界会 议的"FlexRay - A Communication System for advanced automotive Control Systems"中描述了这种通信协议。在这些系统中，媒体访 问协议基于时间触发复用方法(time triggered multiplex method)， 比如在系统设计期间预先定义的具有静态通信调度的TDMA (时分多 址)。该通信调度对每个通信节点定义了在一个通信周期内可传送数 据的定时。
这种网络可以包括多个不同的通信集群。每个集群包括至少一 个节点。可以通过各种不同的拓扑结构来将集群内的多个节点互连。 通常应用星形耦合器来增加集群内节点的数量，而使用网关来互连多 个集群。
将多个节点分成集群或域的划分是一种并行处理不同应用程序 域(application domain)的公知解决手段。S卩，在同一集群内的节 点或应用程序可以通信，而在其它集群内的节点上运行的其它应用程 序也可以并行地通信。不过，如果需要不同集群内的不同节点上运行 的应用程序之间的数据交换，则集群之间的额外数据交换是必须的。 因为现有的域无需相互间的紧密作用已经随时间单独发展了，它们局部地优化并配备了很不同的通信协议。因此，当前的网络千差万别， 并仅能使用服务于不同协议栈的网关来连接。网络的相异特性导致域 间通信在延迟、抖动(jitter)和容错方面的严重局限性。
克服由于延迟、抖动和容错所导致的局限性的第一种解决手段
可能是使用单个协议，最好是一个满足更高需求的协议，即FlexRay 协议，它可以用于不同的集群以实现性质更加相似的网络，并从而将 集群更加紧密地互连，提供在延迟、抖动和容错方面更好的端到端性 能。这将为系统设计者提供更大的系统划分灵活性，因为在不同节点 上运行的紧密相关的功能不必映射到位于同一集群内的节点上。这减 少了集群内节点的数量，并由此减小了所需带宽和每集群出错概率， 并且通过将较小的应用程序域分成更多集群来提高出错保护。
传统上使用网关来连接集群。网关通常会在端到端数据路径中 添加大量延迟和抖动，因为它包括用于每个所连接集群的通信协议 栈。这也加大了端到端路径的出错概率。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种集群耦合装置、 一种网络 和一种用于在集群间通信的方法，所述集群能够将在同一时间触发的 协议下工作的多个集群耦合起来以实现在不造成消息缓冲或帧延迟 的情况下有选择地转送数据。
该目的通过本发明的如下特征实现。
根据本发明，集群耦合器包括与连接到集群耦合器的集群一样 多的协议引擎。本发明的集群耦合器的一个先决条件是所连接的集群 使用时隙在相同时间触发协议下运行。另外，本发明的集群耦合器包 括具有多个输入端口和输出端口的开关。该开关连接到协议引擎和所 述集群耦合器中的集群端口。此外，还有一个开关控制单元，其从多 个协议引擎接收控制信息和/或启动/同步信息并分别控制开关。这些 协议引擎按照时隙对所连接的集群发送和接收数据，并根据这些数据
产生用于配置开关的控制信息和/或启动/同步信息。因此，可以在不 产生中间消息缓冲的情况下在所连接的集群之间有选择地转送数据。本发明的集群耦合器应用了连接集群和协议引擎的无缓冲器开关。因 此，该开关可以用来在每个协议引擎和它的集群之间转送数据，在所 连接的集群之间转送数据以及在协议引擎之间转送数据。另一前提是 需要将这些集群配置得一样以便周期长度和时隙长度以及帧长度相
互一致。
本发明基于使用集群耦合器来将集群互连的思想，其中要将集 群连接到另一集群的这种互连基于存储在每个协议引擎的集群通信 调度中的信息。在启动时和工作期间，协议引擎将这些集群同步。基 于时隙来控制开关的配置。因此，通过根据协议引擎所提供的控制和
启动/同步信息来控制开关，可以对集群之间、协议引擎之间或者协 议引擎与集群之间的数据流进行智能连接，而不在集群耦合器中提供
任何缓冲装置。可以针对每个时隙来改变开关配置。
另外，在本发明各个子权项中提出了本发明的优选实施方式和 实施例。
本发明提供了通过开关容易地对多个集群进行同步的优点。此 夕卜，通过根据集群通信调度来控制开关，实现了保护功能。因此，如 果集群耦合器的多个协议引擎中的一个指示开关仅转送数据，则开关 就仅转送数据。因此，可以容易地阻止集群内所谓的混串音(babbling idiot)节点。另外，通过根据本发明来控制开关，可以防止错误传 播到其它集群中。


下面参照附图详细描述本发明，其中
图la是包括多个集群的网络；
图lb是一个节点的示意性框图2是根据本发明的集群耦合器的配置图3是根据本发明的交叉点矩阵；
图4a是根据本发明的在第一状态下的集群耦合器；
图4b是针对根据图4a的集群耦合器的配置矩阵；
图5a是在另一状态下的集群耦合器；图5b是针对根据图5a的集群耦合器的配置矩阵；
图6a是在另一状态下的集群耦合器；
图6b是针对根据图6a的集群耦合器的配置矩阵；
图7a是在另一状态下的集群耦合器；
图7b是针对根据图7a的集群耦合器的配置矩阵；
图8a是在另一状态下的集群耦合器；
图8b是针对根据图8a的集群耦合器的配置矩阵；
图9a是在另一状态下的集群耦合器；
图9b是针对根据图9a的集群耦合器的配置矩阵；
图10a是在另一状态下的集群耦合器；
图10b是针对根据图10a的集群耦合器的配置矩阵；
图lla是在另一状态下的集群耦合器；
图llb是针对根据图lla的集群耦合器的配置矩阵；
图12是根据本发明的集群耦合器的另一实施例；
图13是用于连接如图12所示的集群耦合器的一个实施例;
图14是用于连接根据图12的集群耦合器的另一实施例。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的网络。集群耦合器IO连接到多个集群A、B、 X。这些集群具有各种不同的拓扑结构。集群A具有无源总线结构。在集群B中，通过有源星形耦合器将节点(未示出)耦合，其中节点直接连接到星形耦合器上。在集群X中，也使用了一个有源星形耦合器来耦合这些节点，但在集群X的结构中，将通过无源总线耦合的节点子网耦合到星形耦合器。与通过无源总线连接节点的情况相比，在集群中对节点进行连接的有源星形耦合器有助于提高通信线上的信号质量。有源星形耦合器使得在单个集群中能够连接比无源总线更多的节点。它还提供了这样的可能性，g卩，将故障节点从集群中断开连接以限制错误通过集群传播。传统星形耦合器在物理层上工作，将数据从一个所选输入端口同时转送到所有输出端口。在协议层上，总线和星形拓扑结构之间没有显示出差异。
8一般而言，在一个集群内对拓扑结构没有限制。唯一的限制或前提是在集群A、 B、 X内需要使用相同的时间触发协议。另外，周期长度、时隙长度和帧长度要相互一致。基于这样的前提，可以实现这些集群之间的同步。
参照图lb，更详细地描述了在这种集群中使用的节点11。典型的容错时间触发网络由节点11所连接的两个或更多通信信道一一信
道A和信道B组成。这些节点11的每一个包括总线驱动器17、通信控制器15、针对每个总线驱动器17的总线监控器装置14以及应用程序主机13。总线驱动器17将通信控制器15提供的位和字节传送到它所连接的信道上，并反过来对通信控制器15提供它从信道A和信道B接收的信息。通信控制器15与两个信道都连接，将相关数据发送到应用程序主机13并从中接收数据，再将接收的数据组合成帧并发送到总线驱动器17。对于本发明，包含协议引擎的通信控制器15是适当的。仅主要地列出了总线驱动器17、总线监控器14和应用程序主机13来提供可以使用本发明的背景的更好概览。本发明不会受到这些装置存在与否的限制或制约。
通信控制器15包括所谓的协议引擎12，协议引擎12为节点11提供了层2访问协议的便利。本发明更适用的是便于通过预定T画A方案或集群通信调度来访问介质。必须将集群内的每个节点11的通信调度配置为使得在网络上传送数据时不会在节点11间发生冲突。总线监控器14是一个具有独立的配置数据组(集群通信调度或节点通信调度)的装置，该配置数据组使总线上的传输能够仅在由节点或集群通信调度所指定的那些时隙期间发生。应用程序主机13包括数据源和数据宿(data sink)并通常不关心协议行为。应用程序主机13仅做出通信控制器15不能单独做出的决定。
多个节点11之间的同步是基于时间触发的TDMA能访问网络的前提。每个节点11具有它自己的时钟，因此时间基准由于温度和电压波动以及生产公差而可能与其它节点n不同，虽然原本期望它们相等。
通信控制器15包括一个同步机构，其中在集群内的节点11监
9听它们所连接的信道并调整到或影响公共时钟频率和偏移。
由所谓的冷启动节点来控制单个集群中的网络启动，其中一个节点开始集群中的通信周期而其它节点做出响应。通过配置或通过对
几个潜在节点中的哪一个来执行启动进行确定的某种算法来选择该节点。该算法通常包括经由所连接的信道来传送帧或类似结构，不管能不能检测到存在的集群通信调度。因此冷启动节点的通信控制器15必须监听所连接的所有信道，并且必须在所连接的所有潜在冗余信道上同时传送它的启动数据。对于所连接的所有信道，在通信控制器15内用于启动的控制逻辑仅有一个。每个节点监听其连接的信道。如果它接收到指示启动的特定帧或类似结构，它将从观测到的通信中采用定时方案并融入该系统。
可以对这种用于每个集群的集群耦合器添加一个总线监控器(未示出)。对该总线监控器预配置与它的集群的通信调度有关的信息，这些信息涉及在集群通信调度的哪个时隙期间它的哪一个节点会对其它节点传送数据。该总线监控器还可以包含根据从它的节点接收到的信息来确定集群通信调度的逻辑。这通常是一个在某些方面功能性降低而增加了在进行保护以防止不同类型的错误方面的功能性(例如，防止不能启动的节点的非法启动尝试，防止传输超过了合法的可能长度，等等)的协议引擎。
参见图2，图解说明了根据本发明的集群耦合器10。集群耦合器IO包括每个集群的通信控制器。通信控制器包括协议引擎，并且
主机连接了控制器主机接口。通过使用控制器主机接口，主机可以决
定哪一个协议引擎应当与该主机通信。为简便起见在图2中仅示出了协议引擎12。它示出集群耦合器10是如何连接到多个通信集群A、B、X，每个集群由一个标准协议引擎12服务。对于每个集群A、 B、 X，集群耦合器10包括一个协议引擎12，下文称为PE。这些PE 12可用于不同目的，例如，用来将应用程序主机或路由器连接到(不同的)网络集群(未示出)。PE12和集群A、 B、 X连接到无缓冲器开关20，它也被称作交叉连接或矩阵开关20。 PE12包括关于启动、集群通信调度、介质访问等的常规协议知识。PE 12具有多个输入端和输出端，仅示出其中两个。RxD引脚代表接收路径而TxD引脚代表发送路径。 一般而非排他地讲，两个引脚都是在"0"和"1"状态之间转换的串 行接口。对于FlexRay协议，发送路径具有用来连接三态物理层(未 示出)所需的额外的"使能"引脚。
开关20主要想用来在PE12和集群A、 B、 X之间以及在集群A、 B、 X之间有选择地转送数据，但是也可以用来将集群耦合器中的多 个集群的PE相互连接以实现集群A、 B、 X之间的强制同步。开关控 制单元21根据从PE 12接收的控制信息来配置开关20。开关控制单 元21确保开关20根据需要来传送数据。开关控制单元21负责对开 关20进行配置，以确定在哪个时间点上开关20的哪一个输入端口连 接到开关20的哪一个输出端口 。开关控制单元21从PE接收配置指 令，并将它们转换为要载入开关20的配置寄存器31中的适当数据。 可以采用遵循如本发明所述的功能性的直接组合逻辑来实现这种配 置。
开关20可以配置来在每个PE 12与它所关联的集群之间(缺省 模式)、在集群之间(转送模式)和在PE之间(同步模式)交换数 据。为了执行任务，开关控制单元21从每个PE 12接收控制信息， 其中每个PE12指示它何时发送数据、发送什么类型的数据(例如同 步帧)以及它何时接收数据。另外，PE 12指示它何时允许开关从其 它集群转送数据。
开关控制单元21不仅配置开关20，另外还能保护在朝向集群的 发送路径中的每个总线驱动器(未示出)。
下面将更详细地描述集群耦合器的常规操作。如上所述，每个 PE 12产生要由开关控制单元21使用的控制信息。对于在常规操作 中的数据交换，假设集群A、 B、 X互相同步，以及假设每个PE 12 包含具有它何时发送、何时接收以及它何时空闲的信息的协议引擎通 信调度。在后一种情况中，PE仍然监视网络上的活动，但将不复制 数据以备进一步的使用。因此对于在它自己集群上的基本操作，PE 12 必须指示开关控制单元21，开关20必须在哪个方向上转送数据是 从PE到集群，还是从集群到PE。
11在这两种情况下，每个PE指示开关控制单元21如何配置开关
20来在某个时隙中建立PE 12与它的集群A、 B、 X之间的数据交换。 PE-Rx—一PE从它自己的集群接收数据 PE-Tx—一PE将数据发送到它自己的集群
为了本发明的目的，由PE 12持有的通信调度中的信息被扩展 以便能直接应用来在集群之间转送数据。在PE12的通信调度中，额 外的信息指示出数据在哪个集群找到它的始发点(origin)。仅仅允 许当在该集群之内没有节点被调度来进行传输时，才允许从其它集群 转送数据。因此，由PE操控的通信调度被配置成不仅可以防止它自
己的传输和集群中其它节点的传输之间的冲突，而且防止它的转发调 度和集群中其它节点的转发调度之间的冲突。当应用这种扩展时，每
个PE对开关控制单元21提供如下信息。
PE-nr——选择集群耦合器10中的另一个PE作为该集群的传输
源
CL-nr——选择另一个集群作为该集群的传输源
现在说明集群的启动和同步。为了保证在常规操作模式下PE 12 和开关20之间的良好协作，集群A、 B、 X必须在速率和偏移上互相 严格同步。集群耦合器IO作为连接集群的中心部件，是一个安排集 群之间同步的最佳节点。因为本发明中的集群耦合器己经具有开关 20和开关控制单元21的形式的额外功能，因此可以更加有效地利用 它们来使集群同步。假设每个PE 12对开关控制单元21提供它何时 传送启动和同步相关数据的信息，开关20还可以将该数据转送到其 它集群。因此，可以支持不同的集群同步机构，例如在该集群内的 PE 12引导同步的同步机构，或者单个主机引导同步的同步机构。为 此，PE向开关控制单元21提供如下信息
PE-Tx-sync——PE具有需要被分送到所有集群的启动和/或同 步信息。通过在开关控制单元21中接收该信息，可以控制开关20 来将该启动和/或同步信息发送到所有集群。
如果在集群耦合器中的多个PE想要同时发送启动数据，就会发 生冲突。在这种情况下，开关控制单元21将开关20配置为仅仅用于PE中的一个，然后分送启动信息。其启动数据被分送到这些集群的 那个PE在启动过程中引导同步。在常规操作模式中，集群中的PE
和节点的配置应当确保在从单个PE向多个集群的同步数据传送中不
会发生冲突。为简化实施，可以将该机构限制成例如通过仅允许集群
耦合器中的一个PE来分送它的启动和同步信息。
现在描述错误保护机构。分配到一个集群的PE主要控制经由开 关控制单元21对集群的访问和定时。该PE监视输入的数据并确定在 总线上TxD信号被驱动的时段。如果PE检测到在它的集群中的总线 上的数据单元不符合通信调度或者具有错误的定时，则它可以阻止源 自相应节点的数据单元，以避免该错误传播。在这种情况下，PE指 示开关控制单元21在此期间不应使用它的集群作为用于转送的源。 这也可以应用于PE不希望转送任何相关数据的情况。为此，PE对开 关控制单元21提供如下信息
PE-blocksrc——PE指示开关20不应从它所关联的集群将数据 转送到其它集群。
如果PE检测到从另一集群转送的数据单元不符合它的通信调度 或具有错误的定时，它可以阻止源自相应节点的数据单元，以避免该 错误传播。在这种情况下，PE指示开关控制单元21在此期间不应使 用它的集群作为用于转送的目的地。为此，PE对开关控制单元21提 供如下信息
PE-blockdest——PE指示开关20不应从其它集群将数据转送 到该PE所关联的集群。
当将总线监控器连接到集群以监视该集群上的活动时，可以阻 止数据从该集群传送到集群耦合器，以防止错误的传播。这种总线监 控器还可以阻止数据从该集群转送到其它集群。在该情况下，总线监 控器在下文的BG中指示开关控制单元21在此期间不应当使用它的集 群作为用于转送的源。为此，BG为开关控制单元21提供了如下信息
BG-blocksrc——BG指示开关不应当将数据从它所关联的集群 转送到其它集群。
这要求集群的BG直接连接到开关控制单元21。下面更详细地讨论交叉点矩阵的结构。图3示出使用了交叉点 矩阵的开关20的可能实现。每个输出端口配置一个交叉点矩阵。对 于每个输出端口，配置寄存器31确定输出端口连接到哪一个输入端
口。将新的输入端口号写入配置寄存器31中，就改变了在由同步信
号确定的定时所针对的下一个时隙中相应输出端口的连接。将交叉点
矩阵的输入端口和输出端口连接到适当的PE、 PE-A、 PE-B、 PE-X和 集群端口 CL-A、 CL-B、 CL-X。将同步信号SYNC PE-A、 SYNC PE-B、 SYNC PE-X连接到适当的PE。将配置接口 CONFIG连接到开关控制单 元21。
在图4a、图4b到图lla、图lib中展示了不同的开关配置。下 文示出开关控制单元21如何根据从PE接收的信息来配置开关20。
当开关控制单元21从PE接收到信息PE-Rx时，PE指示它从它 自己的集群接收数据。因此，开关控制单元21将PE的RxD连接到它 自己所关联的集群。图4a示出在集群耦合器10中将所有PE连接来 从它们自己的集群接收数据的情况。该情况也是开关20的缺省模式。 图4b示出由开关控制单元21设置的开关内的各个连接。交叉表示连 接有效。因此，集群A连接到它的协议引擎PE-A。集群B连接到它 的协议引擎PE-B。集群X连接到它的协议引擎PE-X。
当开关控制单元21从PE-A接收信息PE-Tx时，PE-A指示希望 将数据传送到它自己的集群A。其它PE-B、 PE-X信号则将PE-Rx命 令转送到开关控制单元21。因此，开关控制单元21将PE-A的TxD 连接到它所关联的集群A，而将PE-B和PE-X的RxD连接到各自的集 群B、 X。在图5a中示出了该情况。另外，在图5b中的点线交叉表 示将所传送的数据反馈回PE-A。
在图6a和6b中示出了另一种情况。其中，开关控制单元从PE 接收PE-nr命令，该命令表示在集群耦合器中的另一 PE被选作用于 该集群的传输源。因此，开关控制单元21将开关20配置成从PE-A 转送数据。图6a示出PE-B已经选择PE-A (PE-nr=PE-A)来在它的 集群B中进行传送的情况。另外，PE-A已经通过使用PE-Tx命令来 表示将数据传送到它自己的集群。另外，传送到集群B的数据被间接
14地(如所示)经由该集群或直接地(未示出)经由开关20反馈回PE-B。 图7a和图7b示出将集群A选作集群B的传输源。开关控制单元21 从PE-B接收CL-nr (nr=A)命令。随后开关控制单元21将开关20 配置为将数据从集群A转送到集群B。图7b示出将从集群A接收的 数据转送到集群B的情况。可选地，可间接地经由集群B的外部总线 或直接地经由开关20 (未示出)将数据反馈回PE-B。
当开关控制单元接收到PE-Tx-sync信号时，PE指示有需要分送 到所有集群的启动和/或同步数据。图8a示出将启动和同步数据从 PE-A分送到所有其它集群A、 B和X的情况。可以如图8a所示直接 地将启动和同步数据传送到PE-A、 PE-B和PE-X，但也可以经由从集 群反馈数据来实现该传送。如图8b所示，PE-A的输入端连接到PE-B、 PE-X以及CL-A、 CL-B和CL-X的输出端。
通过指示PE-blocksrc命令，PE指示开关20不应将数据从它所 关联的集群转送到其它集群。图9a和图9b示出PE-A已经检测到在 它的集群A中的一个节点的错误行为的情况。因此，开关控制单元 21将开关20配置为不将来自集群A的数据转送到其它集群B、 X。这 还可以通过令开关控制单元21在适当的时刻禁用要转送数据的所有 总线驱动器(图lla)来实现。这需要一个从开关控制单元21到总 线驱动器的连接(未示出)。
当接收到PE-blockdest信号时，PE-B指示开关20不应当将来 自集群A的数据转送到它所关联的集群B。图10a和图10b代表了PE-B 已经检测到在集群A中的一个节点的错误行为的情况。开关控制单元 21将开关20配置为不将数据转送到集群B。这还可以通过令PE-B 或开关控制单元21在适当的时刻禁止总线驱动器转送来实现。如上 所述，这需要一个从PE到总线驱动器的连接或者一个从开关控制单 元21到总线驱动器的连接(均未示出)。
图lla示出具有连接到每个集群A、 B、 X的总线监控器BG的集 群耦合器。总线监控器BG-A、 BG-B、 BG-X连接到开关控制单元。另 外，总线监控器BG各自连接到在传输路径TxD-A、 TxD-B、 TxD-X中 的总线驱动器22。信号BG-blocksrc表示BG指示开关20不应将来
15自它所关联的集群的数据转送到其它集群。图lla示出BG-A已检测 到PE-A的错误行为的情况。然后，开关控制单元21将开关20配置 为不向其它集群转送数据。这还可以通过令开关控制单元21在适当 时刻禁用要将该数据转送到的所有总线驱动器22来实现。
在前面的附图中，将集群耦合器IO连接到用于每个集群的单个 信道。不过，本发明不局限于单个信道的系统。还可以支持每集群多 个信道。如果将集群耦合器IO连接到多个信道，并且以下标(例如
信道1、 2.....x)列举集群中的每个信道，在集群耦合器内的单
独的开关将具有相同下标的每组信道相互连接并将它们连接到耦合 器内的协议引擎。图12示出集群耦合器将集群A、 B、 X与双信道连 接的一个示例。
本发明的另一个方面是确保网络内的冗余。为防止集群耦合器 的单点故障，最好将多个集群耦合器连接到这些集群。在这种情况下， 这些集群耦合器必须至少共享在一个集群中的一个信道以便能够相 互同步。集群耦合器最好共享多个信道(因为这些集群包含多个信道) 以提供冗余的集群间同步。
如果冗余地存在两个或更多集群耦合器，那么不需要集群中的 其它节点用于启动过程。在这种情况下，甚至其它节点不必参与启动 过程，以避免启动过程不一致。更好的是当冗余集群耦合器中的PE 首先启动时，其它节点跟着启动。
在常规操作中，冗余集群耦合器的那些关联到相同信道的PE需 要具有不同的传输调度。 一个可能是令PE中之一对需要被转送到关 联信道的所有数据进行转送，并令连接到相同信道的其它PE作为热 备份(hot standby)，以在另外的PE出故障的情况下接替转送数据。 另一个可能是令连接到相同信道的每个PE转送所接收数据的一部 分。因此假设传统节点能够通过在多个信道上传送以及/或者通过在 相同信道上在多个时隙中传送来传送冗余数据。
在图13和图14中示出了连接了两个集群的冗余耦合器的示例。 两个冗余集群耦合器耦合器1和耦合器2连接了每个都具有两个信 道A和B的集群X和Y。可以通过图13所示的无源总线或图14所示的有源星形连接来实现将节点连接到信道上。
一种选择是，耦合器1在集群X的信道A和集群Y的信道A之
间转送数据并同样地在集群X和集群Y的信道B之间转送数据。耦合 器2是热备份并以与耦合器1相同方式配置。
第二种选择是，耦合器1在集群X的信道A和集群Y的信道A 之间转送一部分数据，并且耦合器2在集群X的信道A和集群Y的信 道A之间转送另一部分数据，与此相同地在集群X和集群Y的信道B 之间转送数据。
第三种选择是，耦合器1在集群X的信道A和集群Y的信道A 之间转送数据，而耦合器2在集群X的信道B和集群Y的信道B之间 转送数据。
通过提供一种集群耦合器，其具有根据从所连接集群的协议引 擎接收的信息来控制的开关20，可以在无需任何用于存储数据的缓 冲器的情况下，单独在所连接的集群之间、在集群耦合器的协议引擎 之间以及在集群与协议引擎之间基于时隙来转送数据。另外，增强了 集群之间的出错保护，并且通过使用智能可切换开关20，可以在转 送数据期间无需强加任何延迟的情况下非常容易地实现多个集群的 同步。
权利要求
1. 一种在网络中使用时隙在时间触发协议下运行的集群耦合器，其中集群耦合器(10)耦合到至少两个集群(A，B，X)，集群包括至少一个节点(11)，其中在这些集群中使用相同的协议，所述集群耦合器(10)包括与所连接的集群一样多的协议引擎(12)，开关(20)，开关控制单元(21)；其中协议引擎(12)按照时隙向集群(A，B，X)发送数据并且从集群(A，B，X)接收数据，并根据所连接集群(A-X)的集群通信调度来产生控制信息用于配置开关(20)。
2. 如权利要求1所述的集群耦合器，其中开关(20)在集群 (A，B，X)及其协议引擎(PE-A，PE-B，PE-X)之间转送数据，在集群 (A，B，X)之间转送数据，以及在协议引擎(PE-A，PE-B，PE-X)之间转送数据。
3. 如权利要求1或2所述的集群耦合器，其中开关(20)包括 矩阵形式的多个输入端口和输出端口，其中对每个输出端口指定配置 寄存器(31)以确定输出端口连接到哪一个输入端口。
4. 如权利要求1到3中的一项所述的集群耦合器，其中协议引 擎(PE-A，PE-B，PE-X)包括关于所连接集群的启动、集群通信调度的 知识，并且控制介质访问。
5. 如权利要求1到4中的一项所述的集群耦合器，其中协议引 擎(PE-A，PE-B，PE-X)为开关控制单元(21)提供控制信息，其中开 关控制单元(21)配置开关(20)以确定在哪一个时间点将开关(20) 的哪一个输入端口连接到开关(20)的哪一个输出端口。
6. 如权利要求1到5中的一项所述的集群耦合器，其中控制信 息包括协议引擎U2)何时发送或接收数据，发送或接收何种类型 的数据，以及何时允许将数据转送到协议引擎的指定集群。
7. 如权利要求1到6中的一项所述的集群耦合器，其中开关控 制单元(21)对处在通向集群(A,B，X)的发送路径(TxD)中的总线 驱动器进行保护。
8. 如权利要求1到7中的一项所述的集群耦合器，其中每个集 群包括集群总线监控器(BG)，集群总线监控器(BG)保护所连接集 群(A-X)的协议引擎(12)以在从其它集群接收到错误数据或要将 输出数据发送到其它集群的情况下进行阻止，其中集群总线监控器(BG)包括集群通信调度，集群通信调度指示集群的哪一个节点在哪 个时间点发送。
9. 如权利要求1到8中的一项所述的集群耦合器，其中集群耦 合器(10)通过使用由每个协议引擎(PE-A，PE-B，PE-X)所提供的控 制信息以对其它集群转送各自的启动和同步数据，来使所连接的集群(A，B，X)同步。
10. —种具有多个集群的网络，其中每个集群包括多个节点， 所述集群在相同的时间触发协议下运行，并且所述集群经由如前述权 利要求中的一项所述的集群耦合器(10)来连接。
11. 一种用于在网络中基于时隙来在使用时间触发协议的不同 集群之间进行通信的方法，其中所述网络包括至少连接到两个集群(A，B，X)的集群耦合器，所述集群耦合器包括开关(20)，所述方 法包括如下步骤协议引擎(12)为这些集群提供同步以及使这些集群之间同步， 并根据它们的通信调度来向开关控制单元(21)提供控制和/或同步信息，所述开关控制单元(21)将这些信息转换为开关配置，以将开 关(20)的输入端口与输出端口连接。
全文摘要
本发明涉及一种在时间触发网络中用于对在相同协议下运行的集群进行连接的集群耦合器。而且涉及一种具有经由集群耦合器耦合的多个集群的网络。本发明还涉及一种用于在不同集群之间通信的方法。为提供集群耦合装置、网络和方法，用于在集群之间通信、能够对在相同时间触发协议下运行的多个集群进行耦合以实现可选地转送数据而不产生消息缓存或帧延迟，提出了一种在网络中使用时隙在时间触发协议下工作的集群耦合器，其中集群耦合器(10)耦合到至少两个集群(A，B，X)，一个集群包括至少一个节点(11)，其中在这些集群中使用相同的协议，所述集群耦合器(10)包括与所连接的集群一样多的协议引擎(12)、开关(20)、开关控制单元(21)；其中协议引擎(12)在时隙中向集群(A，B，X)发送数据并从集群(A，B，X)接收数据，并根据所连接集群(A-X)的集群通信调度来产生控制信息用于配置开关(20)。
文档编号H04L12/413GK101512985SQ200780032868
公开日2009年8月19日 申请日期2007年8月27日 优先权日2006年9月6日
发明者安德烈斯·瓦格宁根 申请人:Nxp股份有限公司