总线网络管理研究

1主要功能设计

1.1网络资源管理对于复杂航电系统的分布式网络，RapidIO总线上的处理器节点就是网络上的基本资源。交换模块上的网络管理PowerPC通过A星算法对整个网络进行枚举，为处理器节点分配RapidIO的ID号，并读取每个节点的32位物理编址信息如表1所示，该信息反映节点所在位置信息（可能分布于不同机箱不同槽位或者不同模块）和节点类型等，网管PPC不仅得到整个网络的拓扑关系，而且记录了网络节点的资源仓储情况，为节点间通信的路由配置和功能资源部署提供参考，实现了网络的集中式管理。1.2主备网络切换按照双星型网络结构，每个功能模块的主备RapidIO链路分别接入主备网络，网管PPC完成整个网络资源的集中管理，主备交换模块分别驻留主备网管PPC，它们之间通过1条RapidIO链路通信，主网管记录的整个网络的资源信息通过这条链路实时备份到备网管PPC中，同时备网管的监控程序对这条链路进行心跳检测，一旦主网管失效，备网管自动升级为主网管，功能模块的备RapidIO链路升级为主链路，类似于AFDX（航空全双工交换以太网）的冗余网络管理，所不同的是，AFDX网络数据发送时会同时从主备网络中传送，接收时会得到分别来源于两个网络的同一数据拷贝，为了加以区分，需要在以太网帧格式中增加字段，增加了网络传输的额外开销。而RapidIO的双星型网络，备网络处于Standby状态，不参与包的路由与转发，只有在主网络失效时才启用，而且由于主备网络的端口连接关系完全对称，备网络直接沿用主网络中各节点的路由关系，切换速度快，不必增加额外的包开销，效率较高。主备网络切换过程如图2所示。由此可见，在执行航电系统要求的高优先级和高可靠性任务时，采用这种双星型的网络结构保证了系统的冗余度，增加了航电设备的巡航能力。1.3动态组网航电系统在带电工作时，网络中的某些模块难免会发生故障，网管需要隔离故障以免故障扩散影响系统功能，这个过程叫热拔出；而系统工作时通过增加模块来增加新功能叫热插入，也叫网络扩展。热拔出和热插入都属于动态组网的范畴。RapidIO总线网络的可扩展性很好的支持了这种动态组网功能，交换端口可以预先设置在发生端口事件时，自动发出维护包通知网络管理PPC，这样网管PPC可以动态更新网络节点的数据库信息，达到动态组网的目的。如图3所示。由于RapidIO交换网络的所有端口都可以预先设置上报到网管，理论上网络中的所有模块网管都可以实时监控，增加或减少模块就如同添加或删除本地数据库资源仓储中一个条目一样，扩展性很强。增加模块步骤：（1）功能模块N插入，端口x上报事件到网管PPC；（2）网管发维护包同步并初始化端口x两端链路，分配模块N内部节点的ID号；（3）网管更新本地数据库信息。减少模块步骤：（1）功能模块M故障，端口y上报事件到网管PPC；（2）网管发维护包关闭端口隔离故障，去除模块M内部节点ID号；（3）网管更新本地数据库信息。航电系统功能复杂，有些功能在平时作为应急备份使用，在使用时，可以通过网络扩展的方式将这些功能的模块添加入系统；而当某些功能因故障失效时，网络管理能及时发现并将该功能模块隔离到系统之外，提高航电系统的安全性。

2系统测试

通过加拿大FET公司的第三方RapidIO网络诊测工具，将枚举算法运行在网管PPC中对整个网络进行枚举，记录的资源信息通过该工具的GUI界面显示。如图4所示，主备网络呈双星型架构，同实际硬件的拓扑关系一致。主备网络的切换时间反映系统从异常到恢复正常的时间，时间越短则系统的修复能力越强。前文提到，每个功能模块有2条RapidIO链路分别与主备网络相连，主网络失效，备网络启用，功能模块的备RapidIO链路激活。测试时，运行在备网管PPC的计时程序从备网络启用开始计时，到功能模块的备RapidIO链路激活结束，这段时间为1个模块1条链路的切换时间T。假设该系统总共有M个模块，则全部切换完毕所需的时间为T乘以M。测得单条链路切换时间约为1ms，那么系统的主备网络切换时间就为M*1ms。动态组网的时间反映网管对系统突发事件的响应时间。从接收到端口上报事件开始计时，到网管发维护包处理端口事件，到网管最后更新本地资源仓储信息的时间为动态组网响应时间。当然端口事件的复杂程度也决定了响应时间的快慢。如果网络扩展的节点较多，则网管配置路由，分配ID，更新数据库的时间也较长。本文测试了扩展小于3个节点时响应的时间为3.1ms。由于RapidIO总线是点对点独占带宽，扩展完之后就可立即使用，相比传统PCI总线，扩展完3个节点之后，需要重新计算每个节点共享带宽的数值，从而决策到每个节点的功能配置，这样效率明显高于前者。

3结论

本文介绍的适用于航电系统的RapidIO网络架构，支持分布式网络资源的集中管理，采用双星型的主备网络冗余，增加了航电系统的可靠性；利用RapidIO总线带宽高、独占带宽和事件上报预先设置的特性，更好的发挥了动态组网的技术优势，解决了传统总线的航电系统集成效率低下的问题。该架构已在航空电子系统上得到应用，属于国内领先水平。

作者：唐宇 单位：中国西南电子技术研究所