用於將第一裝備項選擇性地連接到多個第二裝備項的設備以及包括這樣的設備的數據處...的製作方法
2023-06-15 21:11:01 2
用於將第一裝備項選擇性地連接到多個第二裝備項的設備以及包括這樣的設備的數據處 ...的製作方法
【專利摘要】一種用於將至少一個第一計算機裝備件(100)選擇性連接到多個第二計算機裝備件(200)的設備(1)，該設備包括用於連接到第一裝備的第一乙太網埠(10)、用於連接到每一個第二裝備件的第二乙太網埠(20)、被安置成將第一乙太網埠物理地並以選擇性方式連接到第二乙太網埠的選擇器(50)、以及選擇器控制單元(60)。數據處理組件包括連接到至少一個這樣的連接設備(1)的裝備件(100)。
【專利說明】用於將第一裝備項選擇性地連接到多個第二裝備項的設備以及包括這樣的設備的數據處理組件
[0001]本發明涉及用於將第一計算機裝備件選擇性地連接到多個第二計算機裝備件的設備。本發明還提供包括至少一個這樣的設備的數據處理器組件。
[0002]這樣的連接設備在多種領域中有用，並且更具體地，在航天領域中有用。
[0003]因此，在飛機中，已知將數據加載和下載單元(通常被稱為「數據加載器」)連接到該飛機的各計算機處，以便將程序或更新加載到這些計算機中，或者以便下載該數據。ARINC615A標準規定使用乙太網協議以便將加載和下載單元連接到這些計算機。
[0004]必須在加載和下載單元以及這些計算機之間插入連接設備，以便選擇性地將該加載和下載單元連接到這些計算機中的每一個計算機。連接設備可以是用於在加載和下載單元以及這些計算機之間路由數據包的乙太網路由器(也被稱為「交換機」)。在這樣的路由器中，該路由器的各埠彼此持久連接，並且由該路由器根據在到達該路由器的各數據幀中的包含的地址來確定這些幀應該被傳送到的埠。這樣的路由器無法防止例如由於執行惡意軟體程序而在這些計算機之間傳送數據。更具體地，當飛機在空中時，防止將程序加載到任一計算機中是必要的。
[0005]可能使用的較精細連接設備包括具有被編程為在飛行中防止加載這樣的程序的專用計算機的安全通信接口。不過，這樣的接口是昂貴的。
[0006]本發明的一個目的是提供用於以簡單、可靠和安全的方式將第一計算機裝備件連接到多個第二計算機裝備件的裝置。
[0007]出於這個目的，本發明提供一種用於將至少一個第一計算機裝備件選擇性連接到多個第二計算機裝備件的設備，該設備包括用於連接到第一裝備的第一乙太網埠、用於連接到每一個第二裝備件的第二乙太網埠、被安置成將第一乙太網埠物理地並以選擇性方式連接到第二乙太網埠的選擇器、以及選擇器控制單元。
[0008]由此，連接設備提供第一乙太網埠到每一個第二乙太網埠的物理交換，同時使各第二乙太網埠彼此隔離。連接設備的這種安置使得這些計算機能夠彼此隔離，且結果保證了信息系統的計算機安全性。因此，這不僅僅在於在各裝備件之間路由數據，更在於將第一裝備件連接到每一個第二裝備件。
[0009]有利地，選擇器具有所有第二乙太網埠被斷開的斷開位置。
[0010]在這個位置處，選擇器防止在各計算機裝備件之間發生任何傳輸。
[0011]因此優選的是，控制單元被編程為使得選擇器在控制單元未被供電時處於用於斷開所有第二乙太網埠的位置。
[0012]在飛機機載的應用中，可作出關於僅在飛機在地面上時才向控制單元供電的規定，使得只要該飛機在飛行中，將程序加載到第二裝備件中就是不可能的。
[0013]根據另一有利特徵，該設備包括離散信號入口埠，並且優選地:
[0014]該設備包括至少與所存在的第二乙太網埠一樣多的離散信號出口埠，並且該選擇器被安置成將該離散入口埠物理地並以選擇性方式連接到離散出口埠 ；和/或
[0015]該控制單元被編程為使得選擇器在沒有離散信號存在於入口埠上時處於用於斷開所有離散出口埠的位置。
[0016]離散信號的存在可隨後構成對傳輸數據的授權。
[0017]同樣有利地，該設備包括用於連結到(chain to)相同類型的至少一個連接設備的連結埠，並且該控制單元被安置成將未尋址到連接設備所連接到的第二裝備件的任何幀傳輸到該連結埠。
[0018]這使得增加可連接到第一裝備件的第二裝備件的數目成為可能。
[0019]本發明還提供包括連接到計算機裝備件的至少一個這樣的連接設備的數據處理器組件。
[0020]在閱讀了以下對本發明的特定、非限制實施例的描述後，會發現本發明的其它特徵和優點。
[0021]參見附圖，在附圖中:
[0022]圖1是包括由根據本發明的連接設備連接的數據處理裝備的系統的整體圖示；以及
[0023]圖2是該連接設備及其與加載和下載單元的連結(link)的圖示。
[0024]參考各附圖，在本文中，在用於將加載和下載單元100連接到飛機機載的計算機200 (在本示例中，存在六個計算機，這些計算機藉助被附加於圖1中的數字標記200的索弓I I到6來個體化)的航天應用中描述了根據本發明的連接設備(被給予整體標記I)。用作操作者接口並且形成「第一」計算機裝備的加載和下載單元100(或「數據加載器」)以及形成「第二」計算機裝備件的計算機200本身是公知的，且在本文中未對其進行更詳細地描述。
[0025]連接設備I具有用於連接到加載和下載單元100的第一乙太網埠 10，以及用於連接到計算機200的第二乙太網埠 20(在本示例中，有四個第二乙太網埠)。
[0026]在本示例中，乙太網埠 10經由(符合ARINC標準規範615A的)雙向乙太網鏈路連接到加載和下載單元100，該雙向乙太網鏈路以常規方式包括上行線路和下行線路，這些線路是電隔離的。
[0027]在本示例中，每一乙太網埠 20經由(符合ARINC標準規範615A的)雙向乙太網鏈路連接到計算機200之一，該雙向乙太網鏈路以常規方式包括上行線路和下行線路，這些線路是電隔離的。
[0028]每一連接設備I包括適合於經由以上提到的類型的雙向乙太網鏈路將該連接設備連接到另一連接設備I的乙太網埠 10的連結乙太網埠 30。
[0029]每一連接設備I還具有離散信號的入口埠 41、及與所存在的乙太網埠 20—樣多的該離散信號的出口埠 42、以及用於與另一連接設備I連結的該離散信號的出口埠43。離散埠 41、42和43分別用於連接到加載和下載單元100、連接到計算機200及連接到另一連接設備I。連接設備I包括:被給予總體標記50的選擇器，該選擇器包括連接在乙太網埠 10與乙太網埠 20之間的第一選擇器51 ;以及，乙太網連結埠 30，以便將乙太網埠 10物理地並以選擇性方式連接到乙太網埠 20和乙太網埠 30中的任何一個埠。選擇器51由此與存在的乙太網埠 20加上連結乙太網埠 30具有一樣多的連接位置，使得能夠將乙太網埠 10選擇性地連接到乙太網埠 20中的任何一個或連接到連結乙太網埠 30。選擇器51還具有所有乙太網埠 20和連結乙太網埠 30被斷開的斷開位置，使得乙太網埠 10、乙太網埠 20和連結乙太網埠 30彼此隔離。
[0030]選擇器50進一步包括第二選擇器52，該第二選擇器串聯在入口埠 41與離散出口埠 42及離散出口埠 43之間，並且該第二選擇器被安置成將離散入口埠 41物理地並以選擇性方式連接到離散出口埠 42中的任何一者或連接到離散出口埠 43。因此，選擇器52具有與所存在的離散出口埠 42加上離散出口埠 42 —樣多的連接位置，並且它具有如下斷開位置:在所述斷開位置下，所有離散出口埠 42和離散出口埠 43被斷開，使得離散入口埠 41、離散出口埠 42和離散出口埠 43彼此隔離。
[0031]選擇器50提供有用於控制選擇器50中的選擇器51和52的控制單元60。在這個示例中，控制單元60是可編程邏輯電路，其被編程為使得選擇器50中的選擇器51和52在控制單元60未被上電並且離散信號不存在於離散入口埠 41上時處於斷開位置。
[0032]優選地，電源是經由加載和下載單元100通過在連接到乙太網埠 10的乙太網線路上遞送電力來提供的。這個為連接到乙太網的裝備供電的方法本身是公知的。因此，僅在加載和下載單元100本身連接到連接設備1，並被供電時，才可向控制單元60供電。
[0033]在此處描述的示例中，計算機200的數量(六個)大於連接設備I的乙太網埠20的數量(四個)。因此作出了使用第二連接設備I的規定(連接設備I在結構方面相同，並且它們在附圖中藉助與數字標記I相關聯的字母a和b來進行區別)。
[0034]連接設備Ia因此讓其四個乙太網埠 20和其四個離散出口埠 42連接到計算機200.1,200.2、200.3和200.4，讓其連結乙太網埠 30連接到第二連接設備Ib的乙太網埠 10，並且讓其離散出口埠 43連接到第二連結設備Ib的離散入口埠 41。連接設備Ib讓其乙太網埠 20中的兩個分別連接到計算機200.5和200.6，並且讓其離散出口埠42中的兩個分別連接到計算機200.5和200.6。連接設備Ib的其他兩個乙太網埠 20和其他兩個離散出口埠 42沒有被連接，並且連結乙太網埠 30和離散出口埠 43也沒有被連接。
[0035]在操作中，尋求將數據加載到計算機之一中或從計算機之一下載數據的操作者需要將加載和下載單元100連接到連接設備la、電源、以及飛機的空/地傳感器110。連接設備Ia隨後被供電。
[0036]通過先發送提到對應於所討論的計算機的標識符M(值為1、2、3、4...)的交換控制幀來將數據傳送到計算機。
[0037]如果數據幀到達連接設備Ia以供遞送到計算機200.M:
[0038]如果M小於N(表示連接設備Ia的乙太網埠 20的數量)，則控制單元60使得選擇器50將乙太網埠 10連接到計算機200.M所連接到的乙太網埠 20#M，使得將該數據幀發送到那個計算機。
[0039]如果M大於N，則連接設備Ia的控制單元60將具有經糾正標識符M-N的數據幀發送到連接設備lb，以控制選擇器50將乙太網埠 10連接到連結乙太網埠 30，並將離散入口埠 41連接到離散出口埠 43。連接設備Ib的控制單元60隨後被供電，並且控制選擇器50將乙太網埠 10連接到計算機200.M所連接到的乙太網埠 20#M-N，以便將數據發送到該乙太網埠 20#M-N。
[0040]因此，通過更詳細的方式，假設要將數據加載到計算機200.2中的情況，該操作者使用加載和下載設備100來發送包含要連接的乙太網埠 20的編號(即，在本示例中為乙太網埠 20#2)在內的用戶數據報協議(UDP)交換幀。一旦接收到該交換幀，連接設備Ia的控制單元60驗證該埠的編號小於它所擁有的乙太網埠 20的數量。如果如此，則控制單元60使得選擇器51和52佔據它們的相應位置。隨後，計算機200.2準備好加載數據。
[0041]加載和下載設備100將包含狀態請求在內的新UDP幀頒發給控制單元60，該控制單元60通過返回經由選擇器51連接的乙太網埠 20的標號來對該請求作出響應。
[0042]如果來自控制單元60的響應符合所期望的響應，則加載和下載設備100發送要加載的數據幀。
[0043]對數據要被加載到的每一計算機重複這個過程。這同樣適用於要從其下載數據的計算機。
[0044]假設該數據將被加載到計算機200.5的情況，在連接系統的總配置中，操作者使用加載和下載設備100來發送包括要連接的乙太網埠 20的編號(即，在本示例中，為乙太網埠 20#5)在內的UDP幀。一旦接收到該UDP幀，連接設備Ia的控制單元60就驗證該乙太網埠 20的標號小於它所擁有的乙太網埠 20的數量。如果並非如此，則控制單元60從該幀中包含的編號中減去設備Ia的乙太網埠 20的總數，並且該控制單元生成該控制單元將該減法的結果(在本示例中，該結果為I)插入於其中的UDP交換控制幀。控制單元60隨後使得選擇器51和52連接到連結乙太網埠 30和離散出口埠 43，並且它將UDP幀轉發給連接設備lb。
[0045]連接設備Ib的控制單元60以與控制設備Ia相同的方式操作。
[0046]隨後狀態被如上驗證。由連接設備Ib的控制單元60返回的狀態幀包含經由選擇器50連接的乙太網埠 20的編號，並且該狀態幀被傳送至連接設備la。控制設備Ia的控制單元60隨後生成狀態幀，其中該控制設備將連接設備Ib所傳送的編號加上連接設備Ia中的乙太網埠 20的數量之和作為連接到的乙太網埠 20的編號插入於該狀態幀。如果該狀態幀符合期望，則加載和下載設備100發送要加載的數據幀。
[0047]自然，本發明不限於以上描述的各實施例，但覆蓋不背離權利要求所限定的本發明的範圍內的任何變形。
[0048]具體地，雖然在本示例中，以上描述的連接設備I可被連接到僅四個計算機200，但自然將理解，連接設備I可以被安置成能夠被連接到一些其他數量的計算機200。
[0049]使用單個連接設備或級聯連接的多個連接設備是可能的，連接設備的數量可能等
於一、二或更多。
[0050]具體地，離散信號入口埠和離散信號出口埠任選地在非航天應用中。
[0051]控制單元60的可編程邏輯電路可以被任何等效裝置替代，並且具體地，可以被離散組件、微控制器等替代。
[0052]數據加載和下載是否被授權可能與激活一些其他類型的檢測器或者與手動地致動專用於該目的的按鈕相關聯。前面，數據加載和下載被授權還是未被授權與傳感器110被激活還是未被激活相關聯:可能的是，提供使得例如在發生特定維護操作時能夠迫使授權的裝置。
[0053]直接地或經由加載和下載單元110向所有或一些連接設備持久供電是可能的。向連接設備持久供電是有利的，因為這使得採取對適當操作的周期性診斷成為可能，而非在將來在選擇和/或加載或下載數據時才採取該診斷。[0054]在連接設備中提供兩個離散信號入口是可能的。這些入口之一直接從加載和下載單元100接收離散信號，且這些入口中的其他入口接收來自上遊連接設備的離散信號。隨後僅在離散信號存在於連接設備的兩個入口上的情況下才選擇所述連接設備的埠(對於在最上遊的連接設備而言，這兩個入口直接連接到加載和下載單元)。
[0055]本發明可應用於任何類型的數字總線，並具體地，可應用於AFDX類型的總線或乙太網的任何其他變體。
[0056]本發明等同地適用於任何數據率(例如，千兆比特/秒)及任何乙太網介質(例如，光纖)。
【權利要求】
1.一種用於將至少一個第一計算機裝備件(100)選擇性連接到多個第二計算機裝備件(200)的設備(I)，所述設備包括用於連接到第一裝備的第一乙太網埠(10)、用於連接到每一個第二裝備件的第二乙太網埠(20)、被安置成將所述第一乙太網埠物理地並以選擇性方式連接到所述第二乙太網埠的選擇器(50)、以及選擇器控制單元(60)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述選擇器(50)具有所有第二乙太網埠(20)被斷開的斷開位置。
3.根據權利要求2所述的設備，其特徵在於，所述控制單元(60)被編程為使得所述選擇器(50)在所述控制單元未被供電時處於用於斷開所有第二乙太網埠(20)的位置。
4.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，包括離散信號入口埠(41)。
5.根據權利要求4所述的設備，其特徵在於，包括至少與所存在的第二乙太網埠(20)—樣多的離散信號出口埠(42)，並且所述選擇器(50)被安置成將所述離散入口埠(41)物理地並以選擇性方式連接到所述離散出口埠。
6.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，所述控制單元(60)被編程為使得所述選擇器(50)在沒有離散信號存在於所述入口埠(41)時處於用於斷開所有離散出口埠(42)的位置。
7.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，所述設備包括用於連結到相同類型的至少一個連接設備(I)的離散連結出口(43)，並且所述控制單元(60)被安置成將未尋址到所述連接設備(I)所連接到的所述第二裝備件(200)的任何幀傳輸到所述離散連結出口。
8.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述設備包括用於連結到相同類型的至少一個連接設備的連結乙太網埠(30)，並且所述控制單元(60)被安置成將未尋址到所述連接設備(I)所連接到的所述第二裝備件(200)的任何幀傳輸到所述連結乙太網埠。
9.一種數據處理組件，該數據處理組件包括連接到根據前述任何權利要求的至少一個連接設備(I)的裝備件(100)。
【文檔編號】H04L12/931GK103947168SQ201280056616
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月16日 優先權日:2011年11月17日
【發明者】B·拉羅斯, D·德爾維爾, J-M·庫爾泰耶, P·瓦萊特 申請人:薩甘安全防護公司