时间触发通信总线监控技术研究

TTP总线技术是面向机载分布式安全关键系统的主要总线技术之一.针对TTP总线数据的实时监控和分析需求,提出了面向总线消息且不依赖于特定总线配置的异步总线监控方法,给出了TTP总线监控节点及监控软件设计,达到了对时间触发通信总线数据的实时监控效果.构建验证环境开展了总线监控的测试工作,结果表明,监控节点能够实现对最高5 ...     

基于PCIe接口的TTE网络仿真卡的设计、实现与验证

时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet, TTE）协议采用高精确的时间同步核心技术，建立并维护全局统一时钟，为安全关键系统提供了确定性的通信平台，能够满足飞行控制等安全关键实时控制系统的应用要求。基于TTE，完成了基于PCIe接口的TTE网络仿真卡的软硬件设计，并搭建了一套TTE网络仿真卡的通信验证平台，通过在Windows和Linux操作系统下开发相关应用，实现了对TTE网络的测试和验证。     

一种FlexRay总线通讯测试系统设计

FlexRay总线作为一种高速、灵活、可靠的串行通信总线,已逐渐成为汽车网络的主流。为了验证该总线技术在航天技术应用上的可行性,设计了一个基于TMS570LS3137安全控制器和PXI8517集成测试板卡的FlexRay总线网络测试系统。从硬件设计、平台搭建、协议规范、节点设计、网络定义等方面介绍了测试系统的设计方案,实现了网络中各个节点之间的同步和数据收发,最终实现了FlexRay网络之间的通信。试验结果表明了FlexRay网络通信系统的可行性和可靠性,并以其高速和强冗余特点成功应用于国家863项目机电作动系统研制项目中。     

基于时间触发总线的发动机分布式控制系统原型设计

分布式控制具有重量轻、模块化程度高和可靠性高等特点,是未来航空发动机电子控制系统的发展方向之一。基于时间触发总线TTP/C构建了分布式控制原型系统,根据发动机控制需求将系统划分为监控节点和智能节点的架构,制定了集群级和节点级的TTP/C通信协议。基于Simulink模型设计了智能节点应用软件,基于VxWorks设计了监控节点应用软件。经过系统试验,表明基于TTP/C通信总线的分布式原型系统能够满足发动机分布式控制通信要求,具有实时性好、可靠性高的特点。     

1394总线三节点仿真设备设计与实现

由于单纯依靠机载环境进行1394总线验证测试不仅成本高、风险大、资源有限,而且具有很大的局限性,所以急需开发相应的地面仿真设备进行总线系统综合化仿真测试。结合1394协议在领域的需求,研发了一种满足1394协议的总线三节点仿真设备,该设备实现控制计算机(CC)、远程节点(RN)、总线监控(BM)、加载维护(LM)一体化设计,集节点数据收发、配置加载、故障注入、通信监控、拓扑显示、远程加载等功能于一体,可用于实验室环境下搭建完整的1394总线通信系统,构建各机载子系统设备之间复杂的互联情况,全面系统地完成总线仿真应用测试,为领域的机载总线应用提供支持与保障。     

1394总线关键协议分析与研究

在新一代飞机安全关键/任务关键系统中,对总线的实时性、确定性、可靠性提出更高的要求。1394总线协议通过规范强制根节点、静态分配通道号、纵向奇偶校验、STOF同步、异步流包通信及发送/接收端电气特性指标等约束,保证了总线传输的高实时、高确定及高可靠性。针对1394总线在安全关键/任务关键系统中的应用需求,分别从总线拓扑结构、总线包格式和总线可靠性三方面对1394总线关键协议进行详细分析与研究,为1394总线设计、实现及系统应用奠定了理论基础。     

小卫星载荷PeliCAN模式总线协议设计

传统的小卫星CAN总线应用层协议支持网络节点数量较少,可实现的节点间通信模式较单一,难以满足较复杂载荷的组网要求。设计基于PeliCAN模式的载荷通信总线协议,在CAN总线应用层协议开放性的基础上,对报文标识符进行分段设计,便于总线节点实现多主通信,使总线组网更加灵活,容纳更多网络节点;总线节点采用双滤波器设置,使总线节点之间能同时实现点对点、广播、组播、子播的混合通信模式,能满足复杂的应用环境;定义通用的单帧和多帧格式,便于节点对混合帧的解析。通过计算表明,该协议的网络负载峰值为24.05%,满足小卫星载荷组网要求。     

TTP/C协议的关键特性研究

数据总线是构建分布式实时容错系统的关键技术之一,而基于TTA架构定义的TTP/C协议是面向安全关键领域的最新总线规范;首先介绍了TTP/C协议的基本架构和运行机制,然后深入研究了基于Welch-Lynch算法的分布式容错同步时钟、基于GMP的容错一致性策略和上电启动过程等TTP/C协议的关键特性;研究结果表明TTP/C协议具有严格的时间确定性和完备的容错策略,十分适合作为航空、汽车、铁路等安全关键领域的通用底层解决方案。     

基于Zynq的TTP/C总线节点备份与再整合

TTP/C总线节点的备份与故障节点的再整合是提高总线可靠性与实用性的有效方法。参考 TTP/C 总线协议,在自主设计的基于Zynq的TTP/C总线控制器上设计了一种节点备份与再整合的方法,保证节点故障后可以重新整合进入集群,或者启用备份节点来保证集群的正常功能,最后通过试验验证了所设计的节点备份与再整合方法的有效性。     

基于DSP的时间触发总线设计与实现

网络通信系统是现代航空电子系统以及其他分布式实时容错系统的中枢,基于时间触发架构的网络通信系统是一个重要的发展方向。首先对于TTP/C协议的基本架构以及上电群启动过程,全局时钟同步,容错策略等关键技术进行介绍,然后提出一种基于TTP的时间触发总线协议,并基于DSP实现协议控制器进行时间触发通讯。结果表明时间触发总线具有良好的时间确定性,容错特性以及较高的总线利用率,适用于航空,铁路,汽车等安全关键系统的底层网络通信。     

CBTC中安全通信协议的设计与仿真研究

依据欧洲标准EN50159设计一种用于CBTC各子系统间通信的安全通信协议.该协议面向连接,采用序列号、超时检测、安全编码等多种安全措施,在通信异常发生时,具备故障导向安全能力.借助OPNET仿真环境对协议的实时性进行分析.仿真结果表明,通过在仿真中注入链路故障协议验证故障导向安全功能,该协议能够满足CBTC系统的应用需求.     

基于LoRa的工业监测自组网系统设计

工业环境监测同工业生产安全、质量关系紧密,诸多传感监测系统正被使用于各类工业工程中,且需求缺口仍然巨大。工业监测要求传感系统具有低功耗、远距离传输、工作稳定和节点容量大的特点。针对工业应用现状,提出一种基于LoRa(Long Range)的工业监测自组网协议系统的设计。系统主控采用STM32F407芯片,同时集成了8路LoRa 模块,从而提高了网关的节点容量,具备W5500的网络接口和片外存储flash,以及预留的4G和GPS模块。系统兼备了LoRa通信的抗干扰、远距离传输、低功耗的特点,同时又支持TCP/IP网络通信和4G通信,且提供一种web上位机的操控前端,方便用户对系统进行实时的管控。系统使用一套简单的自组网协议,可满足工业监测的要求,具备很高的实际应用价值。     

一种基于乐观方法的安全实时并发控制协议

实时数据库通常应用在一些安全关键类应用中，如电子商务、股票交易、军事指挥系统等。在这样一些应用中，实时数据库系统需同时满足两方面的需求：确保数据安全和尽可能减低实时事务错过截止期的比率。然而，通常这两方面需求是相互冲突的，满足一方面是以牺牲另一方面为代价。本文提出了一种基于乐观方法的安全实时并发控制协议，该协议将安全约束整合到实时乐观并发控制协议中，并能根据应用的需求在安全性和实时性方面进行了适当的折中。性能测试结果显示，该协议在确保数据安全的同时并未明显地降低实时性能。     

Developing highly reliable software

To build dependable software for safety-related applications in nuclear power plants, we developed a few qualified software components and used them in all the systems. Most of the safety-critical systems are real-time systems that require a guaranteed response time. These systems need real-time supervisory software to control task execution according to well-defined priority requirements. This led us to develop a highly reliable real-time executive called X-RTE     

TTP/C组籍算法存在的问题

TTP/C通信协议已经应用于一些航空航天与地铁系统中,例如,空客A380的舱压控制系统、波音787梦想客机的辅助电源系统、环境控制系统等。以往我们仅看到对这种协议种种好处的分析,这是不全面的,它的组籍算法是高可信赖性应用的基础,但是其故障假设不符合很多现场使用环境,故障假设失效的概率大于功能安全容许的指标,协议的CRC检验将组籍向量的差包含在内,弱化了检错能力,所以需要用户特别重视。本文就这两点加以说明。     

A framework for the specification of test cases for real-time distributed systems

The OSI conformance testing methodology and framework (CTMF) is a well established standard which defines and regulates the conformance testing procedure for protocol implementations. Conformance testing is meant to be functional black-box testing. Besides concepts and terminology, the CTMF standardizes testing architectures and the Tree and Tabular Combined Notation (TTCN) test specification language. As more and more distributed systems such as multimedia, safety-critical and real-time systems rely on the timely availability of information, testing of real-time requirements becomes a serious issue, too. Unfortunately, testing real-time and other non-functional requirements (performance and reliability) are outside the scope of CTMF. In this paper we present an extension of CTMF which allows us to specify test cases for testing real-time requirements. The extension includes a generic testing architecture and a notation for test specification, which is called real-time TTCN.     

嵌入式自适应安全关键中间件设计方法研究

由于嵌入式安全关键系统自身的特点和应用环境的特殊性,导致了设计嵌入式安全关键应用比一般的嵌入式实时应用要困难得多。在分析传统嵌入式实时中间件技术应用于嵌入式安全关键系统不足的基础上,提出了一种新的自适应安全关键中间件(ASCM)的设计方法,并对相应的体系结构和关键技术进行了讨论。另外,针对嵌入式安全关键系统运行环境的特殊性,重点讨论了一种端到端的自适应服务质量(QoS)管理机制。     

TTCAN协议静态调度算法研究与仿真

TTCAN已经被广泛应用于汽车控制系统的实时通讯协议.TTCAN协议的研究目标主要是通过优化周期性通讯任务的调度方法,以便满足系统的实时信号传输的要求.针对TTCAN协议周期性和非周期性通讯任务的特点,采用最优调度法研究和改进了基于状态模型的TTCAN调度算法,并且利用Simulink中的Stateflow工具建立了TTCAN静态调度算法的仿真模型,仿真结果较好地验证了改进算法在通信实时性和带宽利用率方面的优势.仿真模型的建立为TTCAN协议的应用研究提供了重要的参考价值.     

基于ZigBee的汽车空调控制系统

针对汽车空调系统的实时性要求,提出了一种基于ZigBee技术的汽车空调控制系统,给出了控制系统的网络结构、传感器节点和系统主节点电路,设计了控制系统的网络协议和传感器节点以及主控制节点的程序流程。为汽车空调控制提供了一种新的技术。