一种在TTE发送端发送TTP格式的数据帧的方法与流程

本发明属于航空电子系统中的机载总线通信技术领域，特别涉及时间触发通信架构下以太网与时间触发协议高效率转化的设计方法。

背景技术：

随着航空电子系统对不同安全关键性和实时性的分布式通信应用需求的增长，传统的采用基于事件触发通信机制的网络，由于传输竞争带来的延时和抖动是不可控，无法满足不同时间安全关键性需求的应用。基于时钟同步基础的时间触发通信机制为提高机载总线的确定性和实时性提供了契机，时间触发以太网(TTE)和时间触发协议总线(TTP)均属于时间触发架构下的航空机载总线，在引入了时钟同步机制和确定性的时间触发通信机制，保证无竞争的时间触发通信，满足不同时间关键性等级的应用任务集成。

时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet，TTE)是一种在交换式网络互连环境下的时间触发通信网络，适用于分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统中。TTE通过建立微秒级精度的时钟同步，在全网同步下提供无竞争的时间触发信息，保证了DIMA系统的安全关键性任务的严格的实时性和确定性。TTE网络具有通信效率高、协议兼容性好(兼容AFDX和商业以太网)、硬实时通信能力强、开发和综合成本小等优点，满足航空总线高带宽，可靠性和实时性的需求。TTP是一种总线型拓扑结构的时间触发通信网络，在时钟同步基础上集成时间触发机制，为网络提供了高效率的实时消息传输、一致性时钟同步、快速的成员响应、快速故障检测隔离和冗余管理等服务。

原有主流的设计方法AFDX总线作为航电系统的主干网络，ARINC429总线作为支线网络，两种总线均采用事件触发通信，在专用的远程数据集中设备实现了AFDX总线与ARINC429总线的数据协议转化。传统网络架构中采用ARINC 429的支线网络，只具有1Mbps的带宽，导致协议转换后数据传输效率较低；同时该总线传输的帧长4字节，除去帧标识和校验位信息外，每个帧携带有效信息量非常有限，导致跨网络通信的数据传输延时较大，导致通信的确定性和实时性较差；该协议转化方式导致软件集成度较低，运行效率和网络传输效率低下。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种在TTE发送端发送TTP格式的数据帧的方法,在设计了基于TTE/TTP信息流的拆分\组装技术的基础上实现跨网络间的高效率的协议转化和网络传输，保证了跨TTE/TTP网络数据流传输的高带宽利用率和高实时性，较好的适用于航空电子系统的不同安全关键性和安全性相关的分布式跨网络的通信应用。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种在TTE发送端发送TTP格式的数据帧的方法，包含以下步骤：

步骤1)、对待发送的TTE消息流进行拆分判断，若TTE消息流的长度大于TTP配置的最大消息负载，则执行步骤2；否则直接将TTE消息流打包成TTP未分片帧格式通过TTP总线传输：

步骤2)根据TTP分片帧的最大消息负载从TTE消息流中依次读取应用消息进行TTP分片帧打包并通过TTP总线传输；

其中：所述TTP分片帧最大消息负载＝TTP配置的最大消息负载(字节数)–协议转换信息位；所述TTP分片帧的帧头包含CRC1校验位，所述CRC1校验位包含分片帧类型标识，所述分片帧类型标识用于标识当前帧为TTP未分片帧、TTP分片帧还是TTP数据帧；

所述协议转换信息位用于标识消息长度、消息标识、分片标识和消息拆片偏移。

优选地，所述协议转换信息位的长度为4字节，其中1字节用于标识信息长度、1字节用于标识消息标识、2bit用于标识分片标识和14bit用于标识消息拆片偏移。

优选地，所述CRC1校验位的长度为4字节，其中24bit用于CRC校验信息，8bit用于分片帧类型标识。

优选地，所述消息标识由TTE发送端在每发送的一个TTP消息流时自增一。

优选地，所述消息拆片偏移＝已分片帧消息负载和(字节数)/4。

本发明还公开了一种在TTP接收端对TTP格式的数据帧重组的方法，包含以下步骤：

步骤1)、提取TTP格式的数据帧的分片帧类型标识来判断数据帧的类型，若该数据帧为TTP分片帧则执行步骤2)，若为TTP未分片帧和TTP数据帧则直接解包传递给应用层；

步骤2)提取TTP分片帧的消息标识、分片标识和消息拆片偏移，在收集的消息标识相同的TTP分片帧中，根据分片标识和消息拆片偏移组合信息识别同一个重组消息的第一个分片帧和最后分片帧；校验TTP分片帧的信息长度与消息拆分偏移的一致性；

步骤3)、将TTP分片帧的消息按首分片、中间分片和最后分片的顺序依次拼接组装成一个完整的TTE消息流传递给应用层。

本发明实现了作为航空机载主干网的千兆带宽TTE总线与作为航空机载支线网的25兆带宽TTP总线之间的网络通信对接功能，对实现航空电子系统的基于时间触发架构的真正意义上的统一网络，推进航空总线网络统一化发展战略具有较大的意义。该设计方法极大的丰富了用户对于航空电子系统的机载总线架构选型等环节的方法，该方法保证了协议转化数据流在TTE和TTP总线中高带宽利用率和高实时性的传输；同时该专利的应用独立于硬件平台，适用范围广，具有显著的市场前景和经济效益。

附图说明

图1为本发明一种在TTE发送端发送TTP格式的数据帧的方法的流程示意图

图2为本发明一种在TTP接收端对TTP格式的数据帧重组的方法的流程示意图；

图3为本发明中协议转化信息的结构示意图

图4为本发明中CRC1结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

在本发明中，航电系统主要由千兆带宽TTE总线作为航空机载主干网，由25兆带宽TTP总线作为航空机载支线网络，在TTE总线与TTP总线之间的转换方法如图1、图2所示，该转换方法的核心是基于TTE/TTP信息流的拆分\组装技术，该技术通过本设计中的拆分算法现将TTE网络的数据信息拆分成满足TTP总线传输的数据片，通过本设计中的组装算法现将TTP网络的数据信息组装成完整的满足TTE总线传输的数据，实现了TTE与TTP的双向协议转换功能。

为便于对本发明进行说明，将本发明中TTE消息流未拆分就打包成TTP格式的帧称为TTP未分片帧，将TTE消息流拆分后再打包成TTP格式的帧称为TTP分片帧，TTP总线之间之互传的数据帧称为TTP数据帧。

在实现数据流在TTE和TTP总线之间进行跨网络传输过程中，将从双流向转换的方式进行设计说明：

1.TTE消息转换为TTP数据流：

如图1所示，在设计过程中按照两种总线的帧结构进行协议转换，TTE总线传输消息的负载长度8192字节，TTP总线传输承载的最大信息有效长度为240字节。TTP定义的X-frame包含了8bit位的整形数补齐信息，该信息位于X-frame头信息中32位CRC字段，用于16位字对齐，采用复用该整形数补齐信息作为协议转化的分片帧标识，如图4中CRC1信息格式所示，TTP端发送的TTP数据帧和TTE端发送的未拆分帧的分片帧类型标识针对TTP标准的兼容性设置为0，TTE端发送的TTP分片帧类型设置为0x5a。该设计保证TTP数据帧的协议头信息完整性和高利用率。

为了保证TTE消息流在TTP正确传输，先判据该TTE消息流是否需要拆分传输。本设计中的拆分算法机制如下规则实施：

一、TTE消息流与TTP配置的最大消息负载比较，前者大于后者则进行拆分传输，否则直接打包传输

二、消息拆分时按照如下算法进行：

TTP分片帧最大消息负载＝TTP配置的最大消息负载(字节数)–协议转换信息位；

当前TTP分片帧消息偏移值＝已分片帧消息负载和(字节数)/4；

消息标识用于表示TTE发送端发送的TTE消息流的ID，消息标识初始化等于0，每发送一个TTE消息流自增一，消息标识等于255时，将跳转到0重新开始计数标识。如图3中的协议信息填充：8位信息长度域填充TTP分片帧最大消息负载；8位的消息标识填充当前协议转化帧的ID，对于归属同一个TTE消息的TTP分片帧拥有相同的ID信息；分片标识填充协议转换帧的分片状态：01表示无分片、10表示更多分片。当前消息拆分偏移填充当前TTP分片帧消息偏移值，该参数表示该分片帧在整个消息流中的位置。在CRC1中的分片帧类型标识中表明用户传输消息是否分片，此处的分片标识代表分片过程中消息是否拆分完成：拆分完成填充01、未拆分完成填充10表示继续分片。

通过设计的拆分算法以及协议转化方法将TTE消息转化到TTP总线传输，实现了发送端的协议转化功能。TTP接收端将对协议转化帧进行重组。本设计中的组装机制如下规则实施：

一、提取TTP格式的数据帧的分片帧类型标识来判断数据帧的类型，若该TTP格式的数据帧为TTP分片帧，则按照组装算法进行信息重组，否则直接解包传递给应用层；

二、提取TTP分片帧的消息标识、分片标识和消息拆片偏移。在收集的消息标识相同的协议转化分片帧中，根据分片标识和消息拆片偏移组合信息识别同一个重组消息的第一个分片帧和最后分片帧。重组为分片的一种逆过程：分片过程中消息首分片中的分片标识填充10，消息拆片偏移为零；中间分片的分片标识填充10，消息拆片偏移为已分片的消息字节长度/4；最后分片的分片标识填充01，消息拆片偏移为已分片的消息字节长度/4。校验分片帧的信息长度与消息拆分偏移的一致性；

三、将分片帧的消息按首分片、中间分片和最后分片的顺序依次拼接组装成一个完整的消息传递给应用层。

2.TTP数据流转化为TTE消息：

在该流向的设计过程中，同样采用拆分/重组技术。TTP发送端将超出TTP配置的最大消息负载的数据流按上述的拆分设计分片发送，并在接收端重组成TTE消息发送到TTE总线。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。