本发明属于机载网络通信技术领域，涉及一种高可靠以太网集线器。
背景技术：
时间触发总线具有通信效率高、故障易监控等优点，广泛应用于航空航天领域的安全关键系统中。但是，时间触发总线仅在链路层考虑了故障监控问题，对于物理层的节点或链路故障问题并没有考虑。由于总线式拓扑结构共用同一物理链路，受断路和短路等故障影响很大。采用集线器将总线式拓扑变成星型拓扑后可实现部分物理链路的相互独立，但仍无法应对通信节点乱发或链路短路故障对整个通信系统的影响。另外，网络通信链路的故障类型和模式多样，且故障时间具有严重不确定性，如何快速准确地检测和判断故障位置也是一个重要的难题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种准确度高、检测速度快的以太网集线器故障诊断与隔离方案，以满足安全关键系统的应用需求。
一种带故障诊断与隔离功能的以太网集线器，其特征在于，包含逻辑处理器、N个以太网接口、N个控制开关和N个以太网数据收发模块，其中：所述以太网接口的信号线通过所述控制开关连接至内部总线，以保证所述控制开关处于闭合状态时，所述以太网接口之间相互连接，形成总线式通信链路；所述控制开关的控制信号连接至所述逻辑处理器，由所述逻辑处理器对所述控制开关的断开与闭合状态进行控制；所述以太网接口的信号线连接至所述以太网数据收发模块，所述以太网数据收发模块连接至所述逻辑处理器。
可选地，所述以太网集线器的故障诊断和隔离过程如下：
S1.在总线链路空闲时，所述逻辑处理器将所述控制开关置为断开状态，实现对所述以太网接口之间的链路隔离；
S2.所述逻辑处理器通过所述以太网数据收发模块发送状态信息查询帧Q1至每个所述以太网接口连接的通信节点；
S3.所述以太网接口连接的通信节点收到上述状态信息查询帧Q1后，立即回复状态反馈帧F1，将其自身状态信息发送给所述逻辑处理器；
S4.在所述逻辑处理器发送状态信息查询帧Q1后一段时间T1内，若所述逻辑处理器正确收到所述以太网接口对应通信节点回复的状态反馈帧F1，且反馈的状态为正常，认为相应通信节点和链路正常；否则，若所述逻辑处理器未正确收到所述以太网接口对应通信节点的状态反馈帧F1或反馈的状态不正常，认为相应通信节点或链路出现故障；
S5.在所述逻辑处理器发送状态信息查询帧Q1后一段时间T2后(T2>T1)，若所述以太网接口对应通信节点和链路的状态判定为正常，则将相应的所述控制开关置为闭合状态；若所述以太网接口对应通信节点和链路的状态判定为故障，则将相应的所述控制开关置为断开状态；
S6.所述逻辑处理器对状态判定为故障的通信节点和链路保持状态监控，若相应通信节点和链路恢复正常，则将对应的所述控制开关置为闭合状态，恢复其与其它通信节点和链路的正常通信。
可选地，所述逻辑处理器在且仅在故障诊断和隔离过程中将所述控制开关置为断开状态，其它时间不对所述控制开关进行断开操作。
可选地，当所述以太网集线器处于断电状态时，所述控制开关将处于闭合状态，保证所述以太网接口之间形成总线式通信链路。
本发明采用以上技术方案即可实现高可靠的以太网集线器，可有效诊断和隔离通信节点和链路的各种故障类型，避免故障节点和链路对系统正常通信的影响。在故障诊断和隔离过程中，由于采用控制开关将各通信节点和链路相互隔离，逻辑处理器通过以太网数据收发模块与各个通信节点单独通信的方式进行故障诊断，以实际数据收发过程是否正常为判定依据，解决了故障位置定位困难和故障诊断准确性低的问题。另外，该方案不需要专门的故障诊断电路支持，具有故障诊断速度快、硬件依赖性小等优点。
附图说明
图1：本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。
图1中的逻辑处理器采用Xilinx公司的现场可编程器件(FPGA)，型号为XC7A100TFGG484；以太网数据收发模块采用Realtek公司的以太网PHY芯片RTL8211E；控制开关采用OMRON公司的继电器，型号为MY4N-J；以太网接口采用HanRun公司的RJ45网络变压器，型号为HR911130A。
断电情况下，继电器默认处于常闭状态，保证各通信节点可以互联成总线式通信链路。上电后，逻辑处理器初始时刻也将继电器置于常闭状态，保证不影响链路的正常通信。逻辑处理器通过以太网数据收发模块监控通信链路的状态，待总线空闲时，逻辑处理器将继电器置于常开状态，断开通信节点之间的互联链路，使得逻辑处理器通过以太网数据收发模块与各通信节点之间形成单独的点对点通信。逻辑处理器给每个通信节点发送状态查询数据帧，并监控数据帧的反馈情况，若在一定时间内收到通信节点的正常反馈帧，则说明通信节点和整个通信链路均正常，包括硬件和软件部分，因为数据帧的收发和处理遍历了整个通信过程的各个环节。若未收到反馈数据帧或反馈数据帧不正常等情况，则说明相应通信节点和链路中必然有环节出错，不能保证数据的正常通信，将相应通信节点和链路的状态置为故障状态。
故障诊断完成后，对于正常的通信节点和链路，逻辑处理器将其对应继电器置于常闭状态，保证正常节点之间的互相通信；对于故障的通信节点和链路，逻辑处理器将其对应继电器置于常开状态，实现对故障通信节点或链路的隔离，避免对正常链路通信造成影响。同时，对于隔离的故障节点和链路，逻辑处理器一直保持监控，待其恢复正常后更新运行状态，并将其接入正常通信链路，恢复其与其它通信节点和链路的正常通信。