将总线控制网络接入AVB网络的代理实现方法及装置

摘要

本发明涉及将总线控制网络接入AVB网络的代理实现方法及装置。该装置基于1722.1控制器控制，其包括总线控制代理、AVB交换机、总线网关和转换器；AVB交换机具有总线接口和以太网接口；总线控制代理安装于AVB交换机中，或者安装于AVB交换机和转换器中；外部的总线与总线接口连接，或通过总线网关与AVB交换机连接，或通过转换器与AVB交换机连接；总线控制代理包括1722a解析模块、流服务接收者模块、流服务提供者模块、连接单元、流入操作表和流出操作表。将AVB网络作为主干网络，利用以太网的成熟链路技术、简单的组网方案和充足的带宽这些特点，实现总线控制网络之间的数据传输，达到负载各种类型的数据，提高兼容性，从而达到降低生产维护成本的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及以太网音视频桥接技术(Audio/Video Bridging，简 称AVB)。

背景技术

IEEE1722a、IEEE1722.1、IEEE802.1QAT、IEEE802.QAV、 IEEE802.1AS描述了音频视频网络标准协议及数据在时间敏感性网 络上的动作如何控制。IEEE1722.1协议中规定的流服务提供者 (talker)和流服务接收者(Listener)是连接到AVB网络，并能识别 并处理AVB数据帧的终端设备。流服务提供者(talker)是数据流的 发起设备，如一个麦克风收集语音形成音频流传送到AVB网络，流 服务接收者(Listener)是数据流的接收者，它从AVB网络获得数据 流，并播放出去或者做出相关动作，如喇叭。AVB网络是由AVB交 换机和各式各样的终端设备组成，其组网形式与以太网组网完全相 同。AVB交换机是实现了AVB功能的以太交换机，有时也被称为AVB 桥接器。Talker和Listener可以是任何连接到AVB网络的设备， 唯一的要求是他们能够识别AVB的数据帧，并有能力处理来自AVB 网络的数据。

总线控制网络(Control Bus)，本文以下简称CB，包括的协议类 型有CAN、LIN、MOST和FlexRay，应用的范围非常广泛，典型的应 用是工业控制、汽车控制、机械控制、飞机控制等。

传统的CB接入主干的网络，通常较复杂，可扩展性差，对接能 力较差，对数据的类型要求严格专一。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种将总线控制网络接入AVB网络 的代理实现方法，其能解决组网复杂和可扩展性差的问题。

本发明的目的之二在于提出一种将总线控制网络接入AVB网络 的代理实现装置，其能解决组网复杂和可扩展性差的问题。

为了实现上述目的之一，本发明所采用的技术方案如下：

将总线控制网络接入AVB网络的代理实现方法，其基于1722.1 控制器控制，其包括以下步骤：

步骤1、接收来自总线接口的总线数据帧和/或来自以太网接口 的以太帧和1722a数据帧，若为总线数据帧，则执行步骤2至步骤4， 若为以太帧，则执行步骤5，若为1722a数据帧，则执行步骤6至步 骤8；

其中，所述总线数据帧、以太帧和1722a数据帧分别由对应的一 连接单元接入，所述连接单元用于描述对应的一物理接口的信息，所 述物理接口包括总线接口和以太网接口；

步骤2、根据连接单元接入的总线数据帧，分配所述总线数据帧 一源ID；

步骤3、根据所述源ID，响应流出操作表中预设的数据处理动作； 所述流出操作表中预设有与源ID对应的数据执行动作和数据发送目 的地址；

步骤4、通过1722a解析模块将所述总线数据帧封装成在AVB网 络中传播的1722a数据帧，并以流服务提供者的方式通过以太网接口 发送至AVB网络；

步骤5、根据连接单元接入的以太帧中总线数据帧，分配所述总 线数据帧一源ID，并执行步骤3至步骤4；

步骤6、判断所述1722a数据帧的目的地址是否属于收听地址， 若否，则直接将所述1722a数据帧转发至AVB交换机的处理器，若是， 则执行步骤7；

步骤7、通过1722a解析模块对所述1722a数据帧进行解析，得 到具有源ID信息的总线数据帧，所述总线数据帧以流服务接收者的 方式进入连接单元；

步骤8、根据所述源ID，响应流入操作表中预设的数据处理动作； 所述流入操作表中预设有与源ID对应的数据执行动作和数据发送目 的地址。

优选的，在步骤3中，流出操作表的数据执行动作包括发送、转 发至CPU和丢弃；

步骤3与步骤4之间还有以下步骤：

若为发送，则执行步骤4；若为转发至CPU，则将所述总线数据 帧发送至AVB交换机的处理器，以使所述AVB交换机的处理器按照预 设动作对所述总线数据帧进行处理；若为丢弃，则将所述总线数据帧 丢弃，不予处理。

优选的，在步骤8中，流入操作表的数据执行动作包括发送、转 发至CPU、广播和丢弃；

所述步骤8后，还有以下步骤：

若为发送，则将所述总线数据帧发送至与发送数据目的地址对应 的目的总线接口；若为转发至CPU，则将所述总线数据帧发送至AVB 交换机的处理器，以使所述AVB交换机的处理器按照预设动作对所述 总线数据帧进行处理；若为广播，则同时将所述总线数据帧发送至所 有本地的总线接口和AVB交换机的处理器；若为丢弃，则将所述总线 数据帧丢弃，不予处理。

进一步优选的，所述预设动作至少包括：将处理后的总线数据帧 按照流出操作表中预设的数据处理动作进行处理。

优选的，所述总线接口直接与外部的总线连接。

优选的，所述以太网接口通过总线网关或转换器与外部的总线连 接，其中，所述转换器用于将不同类型的总线数据帧之间进行格式转 换。

优选的，所述总线数据帧包括CAN数据帧、LIN数据帧、MOST数 据帧和FlexRay数据帧中的一种或多种。

优选的，IPV6数据包或IPV4数据包作为负载封装在以太帧内。 为了达到上述目的之二，本发明所采用的技术方案如下：

将总线控制网络接入AVB网络的代理实现装置，其基于1722.1 控制器控制，其包括总线控制代理、AVB交换机、总线网关和/或转 换器；所述AVB交换机具有总线接口和/或以太网接口；所述总线控 制代理安装于AVB交换机中，或者安装于AVB交换机和转换器中；外 部的总线与总线接口连接，和/或通过总线网关与AVB交换机连接， 和/或通过转换器与AVB交换机连接；其中，所述转换器用于将不同 类型的总线数据帧之间进行格式转换；

所述总线控制代理的数据处理流程如本发明的将总线控制网络 接入AVB网络的代理实现方法所述。

本发明具有如下有益效果：

将AVB网络作为主干网络，利用以太网的成熟链路技术、简单的 组网方案和充足的带宽这些特点，实现总线控制网络之间的数据传 输，达到负载各种类型的数据，提高兼容性，从而达到降低生产维护 成本的目的。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的将总线控制网络接入AVB网络的代理 实现装置的直连结构；

图2为本发明较佳实施例的将总线控制网络接入AVB网络的代理 实现装置的一种松散连接结构；

图3为本发明较佳实施例的将总线控制网络接入AVB网络的代理 实现装置的另一种松散连接结构；

图4为本发明较佳实施例的将总线控制网络接入AVB网络的代理 实现装置的以太帧流入处理示意图；

图5为本发明较佳实施例的将总线控制网络接入AVB网络的代理 实现装置的总线数据帧流入处理示意图；

图6为本发明较佳实施例的将总线控制网络接入AVB网络的代理 实现方法的流程图；

图7为本发明较佳实施例的连接单元描述符；

图8为本发明较佳实施例的流入操作表；

图9为本发明较佳实施例的流出操作表；

图10为本发明较佳实施例的第一种源ID与AVB流组合；

图11为本发明较佳实施例的第二种源ID与AVB流组合；

图12为本发明较佳实施例的第三种源ID与AVB流组合；

图13为本发明较佳实施例的从1722.1控制器处理总线控制代理 的命令的流程图；

图14为本发明较佳实施例的1722.1控制器对总线控制代理的管 理流程图；

图15为本发明较佳实施例的使用1722.1控制器使总线控制代理 实现稳定性和信息同步的流程图；

图16为本发明较佳实施例的总线控制代理的同步流程图；

图17为本发明较佳实施例的1722.1控制器的动态流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。

结合图1至图5所示，本实施例公开一种将总线控制网络接入 AVB网络的代理实现装置，其基于1722.1控制器控制，所述1722.1 控制器包括1722.1协议代理模块和1722.1控制和管理数据帧模块， 1722.1控制器为现有技术。本实施例的代理实现装置具体包括总线 控制代理、AVB交换机、总线网关和/或转换器；所述AVB交换机具 有总线接口和/或以太网接口；所述总线控制代理安装于AVB交换机 中，或者安装于AVB交换机和转换器中；外部的总线与总线接口连接， 和/或通过总线网关与AVB交换机连接，和/或通过转换器与AVB交换 机连接；其中，所述转换器用于将不同类型的总线数据帧之间进行格 式转换。所述总线可以是CAN总线、LIN总线、MOST总线和FlexRay 总线。

如图1至图3所示，AVB交换机与总线之间的连接结构有三种。

如图1所示，直连结构，也可称为本地连接方式，各类型的总线 通过总线接口与AVB交换机直接连接。总线控制代理可以以纯软件的 形式运行于AVB交换机的处理器上；也可以部分功能由软件实现，另 一部分由硬件实现；也可以利用FPGA逻辑实现。总线控制代理可以 同时管理多个连接到AVB交换机的控制总线。AVB交换机直接接收来 自各种类型的总线的总线数据帧(包括CAN数据帧、LIN数据帧、MOST 数据帧和FlexRay数据帧)。

如图2所示，一种松散连接方式，总线通过对应的网关(如CAN 网关、LIN网关、MOST网关和FlexRay网关)与AVB交换机连接，AVB 交换机接收来自网关的以太帧。总线控制代理对大量的总线进行间接 代理。通过松散连接，AVB交换机可以对更高协议层控制信号(如网 络层IPV4/IPV6，传输层TCP/IP)接入AVB网络的远程总线进行统一 控制，有效的提高各种信息系统之间的互相操作能力。

如图3所示，另一种松散连接方式，总线通过转换器与AVB交换 机连接。转换器用于将总线输入的总线数据帧转换为不同类型的总线 数据帧，如将CAN数据帧转换为LIN数据帧。转换器可以是单功能的， 如一个转换器只单一转换CAN、LIN、MOST、FlexRay之间任何2种数 据帧的相互转换；也可以是多功能的，如一个转换器可以转换LIN、 MOST、CAN，FlexRay中三种以上数据帧相互转换。转换器直连AVB 交换机一侧可以是以太帧，也可以是1722a数据帧，因此数据格式有 4种：IPV4数据包、IPV6数据包、以太帧、1722a数据帧。当转换器 把总线数据帧转换成1722a数据帧的情况下，总线控制代理的部分功 能则自然应用至转换器上。

若连接方式为松散连接，则总线控制代理应建立TCP/IP连接到 网关或转换器，以保证总线控制代理为总线控制网络提供服务。

结合图4和图5，所述总线控制代理包括1722a解析模块、流服 务接收者模块、流服务提供者模块、连接单元、流入操作表和流出操 作表。其中，1722a解析模块、流服务接收者模块、流服务提供者模 块与现有技术相同，连接单元、流入操作表和流出操作表则为本实施 例的改进之处。

所述总线控制代理的数据处理流程如图6所示，即本实施例的将 总线控制网络接入AVB网络的代理实现方法可封装为总线控制代理， 其也基于1722.1控制器控制，即基于IEEE1722.1协议的控制，其包 括以下步骤：

步骤S1、接收来自总线接口的总线数据帧以及来自以太网接口 的以太帧和1722a数据帧。所述总线数据帧可以是CAN数据帧、LIN 数据帧、MOST数据帧或FlexRay数据帧。本实施例所述的以太帧为 传统的以太帧，即没有1722a数据帧的以太帧，IPV6数据包或IPV4 数据包作为负载封装在以太帧内，所述以太帧内也可负载有总线数据 帧，以太帧均具有源地址和目的地址信息(即TCP/IP地址、IP地址)。 1722a数据帧实际上作为负载封装在以太帧内，但为了便于区分描述， 本文直接描述为1722a数据帧，以表示其能在AVB网络中传播。

步骤S2、判断：若为总线数据帧，则执行步骤S3，若为以太帧， 则执行步骤S9，若为1722a数据帧，则执行步骤S10。

其中，所述总线数据帧、以太帧和1722a数据帧分别由对应的一 连接单元接入，所述连接单元用于描述对应的一物理接口的信息，所 述物理接口包括总线接口和以太网接口。连接单元实际上是对物理接 口的描述，形成对应的连接单元描述符，具有对接入数据的接口分配 责任，并且，每一连接单元对对应的流入操作表和流出操作表进行调 用。

所述连接单元描述符如图7所示，其中连接单元标识表示分配的 物理接口，流入的数据流操作参考和流出的数据流操作参考表示对应 的连接单元调用的流入操作表和流出操作表。

连接单元描述符(Attached Unit Descriptor)依据IEEE1722.1 协议规定，是增强1722.1的描述符。总线控制代理作为AVB网络的 终端设备，具备配置描述符(CONFIGURATION descriptors)，以使 1722.1控制器发现，除此之外，1722.1还描述了流描述符，此为现 有技术，此处不赘述，1722.1允许开发商根据需要添加扩展描述符。 本文“连接单元描述符”(ATTACHED UNIT descriptor)为扩展的描 述符。

连接单元类型包括：网络，外插卡，外接卡，等；接口类型(以 太，背板接口，总线等)；目的地址类型，值，目的标识符。

流入操作表如图8所示，其中，FWD为发送，SEND_CPU为转发至 CPU，BROADCAST为广播，输入参考表示数据来源地址。

流出操作表如图9所示，其中，FILTER为丢弃，输出参考表示 数据发送目的地址。

步骤S3、根据连接单元接入的总线数据帧，分配所述总线数据 帧一源ID。所述源ID的分配方法包括但不限于：基于连接的总线的 硬件标识、基于数据帧的源地址(即器件的源地址)、基于数据帧的 数据字段和基于总线上运行不同的应用程序。

步骤S4、根据所述源ID，响应流出操作表中预设的数据处理动 作；所述流出操作表中预设有与源ID对应的数据执行动作和数据发 送目的地址。

步骤S5、流出操作表的数据执行动作包括发送、转发至CPU和 丢弃。若为发送，则执行步骤S6；若为转发至CPU，则将所述总线数 据帧发送至AVB交换机的处理器，以使所述AVB交换机的处理器按照 预设动作对所述总线数据帧进行处理；若为丢弃，则将所述总线数据 帧丢弃，不予处理。

其中，所述预设动作至少包括：将处理后的总线数据帧按照流出 操作表中预设的数据处理动作进行处理。实际上，还可以通过AVB交 换机的处理器将所述总线数据帧封装成以太帧，通过以太网接口发送 出去。也就是说，若为转发至CPU，则由AVB交换机决定总线数据帧 的下一步处理动作。

步骤S6、通过1722a解析模块将所述总线数据帧封装成在AVB 网络中传播的1722a数据帧，并以流服务提供者的方式通过以太网接 口发送至AVB网络。

步骤S9、根据连接单元接入的以太帧中总线数据帧，分配所述 总线数据帧一源ID，并执行步骤S4。

步骤S10、判断所述1722a数据帧的目的地址(由于1722a数据 帧实际也是负载至以太帧内，因此也具有源地址和目的地址信息)是 否属于收听地址，若否，则执行步骤S11，若是，则执行步骤S12。 其中，1722.1控制器对整个AVB网络进行控制和管理，其能发现整 个AVB网络中的所有AVB交换机和AVB终端，其也记载有所有AVB交 换机和AVB终端的配置信息，即其知道AVB交换机和AVB终端是否具 备解析1722a数据帧的能力。收听地址位于一收听列表内，所述收听 列表可存储于AVB交换机中，也可以存储于1722.1控制器中，收听 列表为AVB领域中较为成熟的技术，在此不再赘述。

步骤S11、直接将所述1722a数据帧转发至本地的AVB交换机的 处理器，以让AVB交换机的处理器决定对该1722a数据帧作下一步处 理。

步骤S12、通过1722a解析模块对所述1722a数据帧进行解析， 得到具有源ID信息的总线数据帧，所述总线数据帧以流服务接收者 的方式进入连接单元。

步骤S13、根据所述源ID，响应流入操作表中预设的数据处理动 作；所述流入操作表中预设有与源ID对应的数据执行动作和数据发 送目的地址。

步骤S14，流入操作表的数据执行动作包括发送、转发至CPU、 广播和丢弃。若为发送，则将所述总线数据帧发送至与发送数据目的 地址对应的目的总线接口；若为转发至CPU，则将所述总线数据帧发 送至AVB交换机的处理器，以使所述AVB交换机的处理器按照预设动 作对所述总线数据帧进行处理；若为广播，则同时将所述总线数据帧 发送至所有本地的总线接口和AVB交换机的处理器；若为丢弃，则将 所述总线数据帧丢弃，不予处理。

源标识符(ID)和AVB流(即1722a数据帧)组合:AVB流是以太 网数据流(即以太帧)，有目的地MAC地址。每个AVB流有一个64位 流标识符和目标MAC地址。源标识符是分配给AVB流，用于在目的地 以确定进一步的行动。因此，有以下三种组合：

1、如图10所示，用于封装不同源标识符(ID)和相同的AVB流， 同样的目的MAC地址及解封装(目的地)。

2、如图11所示，不同来源的源标识符，不同的流标识符，同 一目的MAC地址。

3、如图12所示，不同来源的源标识符，不同的流标识符，不 同的目标MAC地址。

连接单元和流入操作表、流出操作表，符合1722.1协议描述。 1722.1控制器可以读、写和使用，并且利用1722.1协议进行修改。

本实施例的总线控制代理实现1722.1协议的集中控制。

a)1722.1是一个枚举，并发现协议，运行在以太网，类似 1722a，1722.1有一个以太网类型。1722.1控制器可以通过网络控制 1722.1设备。

b)为了用1722.1控制器接口，增强的描述符被定义为如下。

表1：流出操作描述符详情

表2：流入操作描述符详情

表3：连接单元描述符详情

c)上述描述符是由总线控制代理实现的。1722.1标准以众所 周知的方法来访问描述符。

如图13所示，从1722.1控制器处理总线控制代理的命令的流程。

a)1722.1控制器必须建立连接到代理的各种描述符，以便于 读取和写入代理的各描述符信息。

b)1722.1a是增强的描述符(即连接单元描述符)，根据该描 述符的类型，由代理决定处理动作。

c)总线控制代理发送响应之前，1722.1描述符数据被存储到 非易失性存储装置。

如图14所示，1722.1控制器对总线控制代理的管理流程。

a)配置和描述符存储在总线控制代理和1722.1控制器；

b)最合适的配置总是存储在1722.1控制器内；

c)总线控制代理与存储的配置和描述符初始化，1722a数据 帧在1722.1控制器的控制下，开始传播。

本实施例是可靠的AVB网络数据流的控制，并且灵活性强，具有 动态配置的功能。总线控制代理启动后，基于1722.1控制器的管理 和控制，通过对配置和描述符信息进行校验和修改，即可实现提高稳 定性和动态配置的功能。

如图15所示，使用1722.1控制器使总线控制代理实现稳定性和 信息同步的流程。

a)因为1722.1控制器具有最合适的配置和算法逻辑，以检测 错误的路线，需要对配置和描述符进行比对。

b)结果对总线控制代理进行包括同步或稳定状态。

如图16所示，总线控制代理的同步流程。

a)总线控制代理刷新操作是在1722.1控制器上执行。

b)1722.1控制器读取最适合的本地配置和描述符的值，写入 总线控制代理。

c)比较后，启动动态过程。

d)在上面的方式，反复重新启动系统后，1722.1控制器可以 用刷新方法保持该总线控制代理工作稳定。

如图17所示，1722.1控制器的动态流程。

a)1722.1控制器用于核实稳定性，以及启动动态的过程。

b)每个系统都有不同的算法，但每种算法的结果将通过读写 增强描述符来达到想要的结果。

c)工作数据集包含总线控制代理的配置和描述符的值。

d)发送1722.1命令来修改总线控制代理的配置和描述符，其 由算法决定。

e)在描述符和配置的每一个变化被存储在AVB交换机的非易 失性存储。

f)1722.1控制器还存储描述符和配置为动态算法处理以供将 来参考。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构 思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形 都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。