孟 博,張 楠,王晨博

(中航工業(yè)西安航空計算技術研究所,陜西 西安 710068)

0 引言

FC網(wǎng)絡是一種高速串行的總線網(wǎng)絡,具有高速率、低延遲、低誤碼率、高可靠性和強抗干擾能力等特點,已成為現(xiàn)代主要機載型號的首選總線網(wǎng)絡。作為機載系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡,FC網(wǎng)絡以點到點和交換拓撲等結(jié)構(gòu)將航電、飛控和機電等各個子系統(tǒng)掛接在一起,構(gòu)建了一個可靠容錯的FC網(wǎng)絡平臺,實現(xiàn)FC協(xié)議通信、網(wǎng)絡管理、時鐘管理等功能[1]。本文設計了一種基于消息ID監(jiān)控模式的機載FC網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng),可以實現(xiàn)對FC網(wǎng)絡中關鍵數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控、解析校驗和存儲分析等,為FC網(wǎng)絡的健康平穩(wěn)運行和故障定位分析等提供可靠的技術支持。

1 FC網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)

FC網(wǎng)絡采用雙余度機制,所有FC網(wǎng)絡終端設備均有兩路FC通道,分別連接至網(wǎng)絡中的兩路交換機模塊,兩個交換機模塊獨立工作,互為備份,FC網(wǎng)絡設備連接關系如圖1所示。

圖1 FC網(wǎng)絡設備連接關系

FC網(wǎng)絡數(shù)據(jù)監(jiān)控可以通過3種方式實現(xiàn),分別為基于發(fā)布訂閱的數(shù)據(jù)監(jiān)控、基于FC節(jié)點的數(shù)據(jù)監(jiān)控和基于交換機的數(shù)據(jù)監(jiān)控。

基于發(fā)布訂閱的數(shù)據(jù)監(jiān)控方式以訂閱消息為核心,其通過在FC網(wǎng)絡上發(fā)布訂閱消息來完成FC網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

基于FC節(jié)點的數(shù)據(jù)監(jiān)控方式以FC節(jié)點機為核心,其首先對FC消息的監(jiān)控屬性進行配置,然后通過監(jiān)控通道和獲取通道實現(xiàn)FC網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

基于交換機的數(shù)據(jù)監(jiān)控方式以網(wǎng)絡交換機為核心,其通過配置交換機數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控,完成指定輸入/輸出端口監(jiān)控、指定ASM/ELS消息監(jiān)控和全部ASM/ELS消息監(jiān)控的功能。

FC網(wǎng)絡監(jiān)控數(shù)據(jù)主要存儲在數(shù)據(jù)管理計算機中,數(shù)據(jù)管理計算機有兩路FC與交換機模塊相連接,一路是FC通信節(jié)點,與交換機進行FC通信使用。另一路是FC監(jiān)控節(jié)點,與交換機模塊的監(jiān)控端口相連接,用來接收FC網(wǎng)絡的監(jiān)控數(shù)據(jù)[2-3]。各型終端設備將數(shù)據(jù)通過兩路FC通道轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡中的交換機,交換機對進入它的所有數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控,采用消息ID模式,對特定數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析,將需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過FC監(jiān)控節(jié)點轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)管理處理計算機。

2 FC網(wǎng)絡監(jiān)控機制

2.1 交換機監(jiān)控

光纖網(wǎng)絡交換機是實現(xiàn)FC網(wǎng)絡監(jiān)控的主體設備。每個網(wǎng)絡交換機擁有數(shù)個監(jiān)控端口,其中一個監(jiān)控端口連接到數(shù)管系統(tǒng)的監(jiān)控節(jié)點,再由數(shù)管系統(tǒng)記錄所監(jiān)控的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。每個網(wǎng)絡交換機具有數(shù)個普通端口和監(jiān)控端口。數(shù)管計算機通過光纖鏈路連接至交換機一個監(jiān)控端口上,網(wǎng)絡中的其他各型終端設備通過光纖鏈路連接至交換機的普通端口。

光纖網(wǎng)絡交換機的監(jiān)控端口可獨立配置,每個監(jiān)控端口提供3種監(jiān)控方式,在運行過程中只能選擇其中一種監(jiān)控方式工作。3種監(jiān)控方式分別為輸入端口監(jiān)控、輸出端口監(jiān)控和消息ID監(jiān)控,相較于消息ID監(jiān)控模式,輸入/輸出監(jiān)控模式只能針對一個端口的輸入輸出數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。

消息ID監(jiān)控模式如圖2所示,交換機會對所有進入交換機的FC幀數(shù)據(jù)進行檢查,檢查這些FC幀的消息ID是否是需要監(jiān)控的消息。如果與預先配置的消息ID一致,則會將該數(shù)據(jù)通過交換機的監(jiān)控端口轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控節(jié)點,轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)管理處理計算機。

圖2 消息ID監(jiān)控模式

2.2 FC監(jiān)控節(jié)點監(jiān)控

FC網(wǎng)絡監(jiān)控節(jié)點采用雙余度機制,連接兩路獨立的交換機,用于捕獲和記錄交換機轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù),為FC網(wǎng)絡數(shù)據(jù)記錄提供功能支持。FC網(wǎng)絡監(jiān)控節(jié)點支持ASM消息監(jiān)控,并支持ELS幀數(shù)據(jù)監(jiān)控。

對于ASM消息,FC監(jiān)控節(jié)點兩個通道接收到兩幀ASM數(shù)據(jù),經(jīng)過余度處理后只會給用戶提交一幀ASM數(shù)據(jù)。對于ELS幀,只監(jiān)控消息ID不是發(fā)給本地的ELS幀。FC監(jiān)控節(jié)點以幀為單位進行數(shù)據(jù)幀緩存,使用連續(xù)存儲方式保存,提供8 M的數(shù)據(jù)緩存。

系統(tǒng)上電后,監(jiān)控節(jié)點將ASM接收CAM表(用于存儲已收到的消息ID)和SN寄存器全部清零,當監(jiān)控節(jié)點收到一個FC幀時,判斷幀類型和ID地址。如果收到的ELS幀的目的ID為監(jiān)控節(jié)點,則直接轉(zhuǎn)交到ELS接收緩沖,上報到協(xié)處理器,如果接收到被監(jiān)控的ELS幀,則直接存儲到監(jiān)控緩沖中,不需要進行余度處理,如果收到一個ASM類型的FC幀,使用該消息ID進行查表,如果不能查到,表示該消息是第一次接收,則將該消息的ID寫入到CAM中,并提取當前消息的SN號保存到對應的SN寄存器。當數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)按照預先配置的大小收滿后,FC監(jiān)控子卡會以中斷的方式通知CPU來取監(jiān)控到的FC數(shù)據(jù)。

3 FC網(wǎng)絡余度方案

FC網(wǎng)絡在運行過程中,用戶使用ASM協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信,而FC網(wǎng)絡進行管理維護時則使用ELS(擴展鏈路服務)數(shù)據(jù)通信。這兩種FC數(shù)據(jù)的余度處理機制不相同。

3.1 ASM數(shù)據(jù)余度機制

ASM協(xié)議數(shù)據(jù)采用“雙發(fā)雙收”的余度處理機制,發(fā)送端發(fā)送一幀ASM數(shù)據(jù)時,邏輯會在兩個通道同時發(fā)送該ASM數(shù)據(jù)。接收端會接收到兩幀ASM數(shù)據(jù),經(jīng)過余度處理后,只會給用戶提交一幀ASM數(shù)據(jù)。

ASM協(xié)議數(shù)據(jù)的余度處理使用SN號實現(xiàn);在余度模式下,SN號使用8位進行編號,每條消息維護一個SN號寄存器,初始值為0,每發(fā)送一幀,遞增計數(shù),增加到255時回繞到1。

3.2 ELS數(shù)據(jù)余度機制

ELS數(shù)據(jù)幀主要用于FC網(wǎng)絡管理維護,包括上/下網(wǎng)控制,網(wǎng)絡狀態(tài)獲取,網(wǎng)絡時鐘同步和維護等功能。ELS幀數(shù)據(jù)余度機制采用軟件進行發(fā)送通道選擇,即在發(fā)送端選擇一個通道進行ELS幀發(fā)送,如果發(fā)送端與接收端鏈路狀態(tài)正常時,則選擇默認通道發(fā)送ELS幀;如果某個通道出現(xiàn)異常,則選擇正常的通道發(fā)送ELS幀。接收端兩個通道都處于接收狀態(tài),收到的數(shù)據(jù)會保存在ELS幀接收緩沖區(qū)中,然后提交主機處理器處理。

4 結(jié)語

結(jié)合FC總線網(wǎng)絡的技術特點,本文提出了一種基于消息ID的機載FC網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)方案,詳細介紹了FC網(wǎng)絡監(jiān)控原理和FC網(wǎng)絡余度機制。該FC監(jiān)控網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡中關鍵數(shù)據(jù)的正確傳輸和實時監(jiān)控,為FC網(wǎng)絡的健康狀況評估和故障原因定位等提供可靠的技術保障。