Brevet FR2732789A1 — publié le 19961011

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE COMMUNICATION ENTRE UNE PLURALITÉ DE TERMINAUX. COMPATIBLE AVEC LA NORME ARINC 629. La présente invention concerne procédé et un dispositif de communication compatible avec la norme aéronautique ARINC 629. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à l'établissement de liens de communication entre une plura- lité de terminaux installés à bord d'un aérodyne et inter- connectés par un bus électrique ou optique. La norme ARINC 629 spécifie un algorithme utilisé par chaque terminal pour accéder au bus, et un format de message pour la transmission des informations par le bus, chaque message comprenant une zone de données précédée d'un en-tête permettant d'identifier la nature et le contenu des informations regroupées dans la zone de données de taille variable fonction du volume de données à transmettre. Selon cette norme, la bande passante totale disponible qui est limitée à 2 Mbits/s, est partagée par tous les termi- - 2 - naux raccordés au bus, si bien que plus le nombre de terminaux à raccorder au bus est élevé, plus la bande passante moyenne affectée à chaque terminal est réduite. Pour augmenter le débit d'informations, on a envisagé d'interconnecter les terminaux par plusieurs bus ARINC 629. Cependant, cette solution nécessite la réalisation d'interfaces de couplage entre chaque terminal et chaque bus, capables d'accéder simultanément aux bus en réception, et en émission d'appliquer un algorithme de sélection du bus sur lequel émettre le message. Une telle interface présente donc une complexité qui augmente avec le nombre de bus utilisés. Par conséquent, son coût est plus important, et ce d'autant plus qu'il faut le multiplier par le nombre de terminaux à interconnecter. Par ailleurs, il existe une technique de communication asynchrone d'informations numériques par réseau commuté appelée ATM (Asynchronous Tranfer Mode), basée sur la commutation d'unités d'information appelées cellules, de taille fixe. Selon cette technique, le flux de cellules issu d'un terminal, destiné à un ou plusieurs terminaux constitue une connexion logique appelée "canal virtuel". Chaque cellule contient un en-tête dans lequel figure un numéro de canal virtuel, et un champ d'information, chaque cellule étant émise par multiplexage temporel sur les liaisons de transmission. Pour cela, le réseau comprend des commutateurs de cellules dont la fonction principale est de distribuer les cellules qu'ils reçoivent vers leurs desti- nataires, et donc qui assurent l'établissement des "canaux virtuels". Les cellules présentent un format unique, ce qui autorise une réalisation matérielle, donc très rapide, du commuta- teur de cellules. -3- La présente invention a pour but d'appliquer la technique ATM pour assurer des communications conformes à la norme ARINC 629 entre une pluralité de terminaux. A cet effet, elle propose un procédé de transfert de données numériques entre une pluralité de terminaux. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend la connexion de chaque terminal à un dispositif de commutation par un bus respectif de type multi-émetteur, multi-récep- teur, multiplexé, chaque bus étant relié à un seul terminal et au dispositif de commutation qui assure sélectivement la communication entre lesdits bus, ledit procédé comprenant en outre, lors de l'émission de données numériques par un terminal vers au moins un terminal destinataire: - la conformation des données numériques en au moins un message de longueur fixe prédéfinie, dans lequel les données numériques sont associées à un en-tête comprenant un code d'identification du message, l'émission dudit message par le terminal sur le bus le reliant au dispositif de commutation, - la réception du message par le dispositif de commutation, la lecture du code d'identification du message, et la détermination, à l'aide du code d'identification, des terminaux destinataires du message, et - l'émission du message par le dispositif de commutation sur chacun des bus connectés aux terminaux destinataires. De cette manière, chaque terminal dispose entièrement du débit maximum offert par chaque bus. Par ailleurs, la technologie actuelle des commutateurs permet d'obtenir couramment une puissance de commutation de l'ordre de 1 Gbits/s. L'utilisation du dispositif de commutation ne réduit donc pas le débit de transmission disponible au - 4 - niveau de chaque terminal, dans le cas o les bus sont de type ARINC 629. En outre, ce procédé permet d'utiliser les terminaux existants équipés de circuits de couplage pour bus ARINC 629, sans qu'il soit nécessaire de leur apporter des modifications du point de vue matériel. Les seules modifi- cations à effectuer sont purement logicielles et ont pour but de réorganiser les messages de manière à ce qu'ils aient une taille fixe. Ce procédé présente également l'avantage d'être facilement évolutif. En effet, le format des messages est indépendant de la structure matérielle des bus et des protocoles de communication mis en oeuvre. Selon une particularité de l'invention, chaque terminal susceptible d'émettre et de recevoir des messages est connecté au dispositif de commutation par deux bus, l'un étant utilisé en émission et l'autre en réception. Ainsi, chaque terminal dispose du débit maximum du bus à la fois en émission et en réception. Selon une autre particularité de l'invention, chaque terminal est connecté par deux bus respectifs à deux dispositifs de commutation redondants, chaque message émis par un terminal étant transmis aux deux dispositifs de commutation. On peut ainsi assurer la détection des pannes au niveau des dispositifs de commutation. Un tel dispositif de commutation peut être réalisé sur le modèle des commutateurs utilisés par la technique ATM, le couplage avec les bus étant réalisés à l'aide de circuits d'interface spécifiques du type de bus employé. -- 5 -- Un mode de réalisation du dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: Les figures 1 à 3 illustrent schématiquement trois architectures de réseaux d'interconnexion d'une pluralité de terminaux selon l'invention; La figure 4 montre le format des messages échan- gés; et La figure 5 illustre le processus de transmission d'un message entre deux terminaux; et La figure 6 représente schématiquement une matrice de commutation utilisée par le dispositif de commutation pour orienter les messages reçus. La figure 1 montre une pluralité de terminaux T1, T2,...Tn reliés chacun par un bus 11,12,13 respectif à un dispositif de commutation 1. Les terminaux représentent, par exemple, les différents calculateurs et équipements électroniques embarqués à bord d'un aérodyne. Les bus 11,12,13 sont de type multi-émetteur, multi-récep- teur, multiplexé, par exemple de type ARINC 629, et sont raccordés simplement à deux émetteurs/récepteurs, à savoir, un terminal T1,T2,Tn et le dispositif de commutation 1. Ainsi, dans le cas d'un bus ARINC 629, chaque terminal dispose d'un débit de 2 Mbits/s pour communiquer avec les autres. Si l'on souhaite augmenter ce débit, on peut doubler chaque bus, comme représenté sur la figure 2, de manière à ce que chaque terminal T1,T2,Tn soit connecté au dispositif de commutation 1, par l'intermédiaire d'un bus lla,12a,13a affecté à l'émission de messages, et d'un bus llb,12b,13b à la réception. Bien entendu, si un terminal Tl,T2,Tn a besoin d'un débit supérieur, il est possible de lui affecter davantage de bus ARINC 629. Il apparaît clairement sur les figures 1 et 2 que le dispositif de commutation 1 est le point faible de cette architecture. Pour supprimer cet inconvénient, il est possible, comme montré sur la figure 3, d'utiliser deux dispositifs de commutation redondants Cl et C2, chacun étant raccordé par un bus respectif 11 à 13 et 21 à 23, à chacun des terminaux Tl,T2,Tn. Chaque terminal doit alors effectuer une comparaison des messages reçus par les deux bus connectés respectivement aux deux dispositifs de commutation Cl,C2, une différence entre ces messages révélant un défaut de transmission. L'architecture montrée sur la figure 1 ou 2 peut également être triplée, en utilisant trois dispositifs de commutation pour pouvoir assurer les communications entre les termi- naux, même en cas de panne d'un des dispositifs de commutation. La figure 4 illustre le principe de construction des messages selon la norme ARINC 629. Ces messages sont regroupés en trames périodiques de durée TI constante prédéfinie, comprenant un message L1 périodique de taille variable prédéfinie, par terminal connecté au bus consi- déré, complété ou non par un à trois messages L2, L3B et L3N, en fonction de l'espace restant non occupé par le message Li dans la trame 61. Les messages L2, L3B et L3N ne sont donc pas émis périodiquement. Les messages L2, L3B et L3N sont séparés par un intervalle de temps ASG indiquant la fin d'un message et le début du suivant, les trames 61 étant repérées grâce à l'intervalle de temps PSG. - 7 - Chaque message L1 est constitué par une information de synchronisation 66, puis par une succession d'une à 31 chaînes de mots ou "wordstring" WS 1 à WS n, séparées par un intervalle 62. Les messages L2, L3B et L3N sont consti- tués par un seul "wordstring". Chaque "wordstring" WSi est constitué par une succession de mots de 20 bits, comprenant un mot de label LBL donnant des indications sur l'émetteur du message et son contenu, suivi d'un à 256 mots de données DATA 1 à DATA s, le premier mot de données DATA 1 indiquant le nombre de mots de données du "wordstring" WSi. Un mot de label LBL comprend 3 bits de synchronisation, 4 bits d'extension permettant d'identifier l'émetteur du message, 12 bits d'identification du message et un bit de parité P. Les mots de données comprennent 3 bits de synchronisation, suivis de 16 bits de donnée et d'un bit de parité P. Pour simplifier la commutation des messages, la taille des "wordstrings" WSi est fixée à une valeur prédéterminée pour tous les terminaux Tl,T2,Tn. Ainsi chaque "wordstring" WSi est constitué par un label donnant des indications sur le contenu, l'émetteur et le destinataire du "wordstring", et un champ contenant un nombre fixe de mots de données à transmettre. Les "wordstrings" WSi deviennent ainsi compa- rables aux cellules utilisées par la technique ATM de transmission asynchrone de données numériques, le label du "wordstring" servant à diriger les données numériques associées vers les destinataires. Tel que représenté sur la figure 5, chaque terminal T1, T2 comprend un calculateur 31,41, deux mémoires d'échange, par exemple de type FIFO, à savoir, une mémoire d'échange d'émission 32,42 et une mémoire d'échange de réception 33,43, dans lesquelles sont rangés respectivement les "wordstrings" ou messages WSi émis par le calculateur 31,41 et les messages reçus, destinés au calculateur. - 8 - Chaque terminal T1,T2 comprend également un circuit de couplage 34, 44 connecté au bus 11,12 de type ARINC 629 associé au terminal, qui assure le transfert des messages WSi entre les mémoires d'échange 32,33, 42,43 et le bus 11,12. Ainsi, par exemple, chaque message WSi émis par le calculateur 31 est stocké dans la mémoire d'échange 33, puis transféré par le circuit de couplage 34 sur le bus 11 à destination du dispositif de commutation 1 conçu pour retransmettre les messages reçus vers leurs destinataires. Pour cela, le circuit de commutation 1 comprend: - un circuit de couplage 58,59,60 par bus 11,12,13 auquel le dispositif de commutation 1 est connecté, - une mémoire d'échange de réception 71 de type FIFO, dans laquelle sont empilés les messages WSi circulant sur les bus 11,12, 13 et transférés par les circuits de couplage 58,59,60, - autant de mémoires d'échange d'émission 74,75,76 de type FIFO, que de bus auxquels le dispositif de commutation est connecté, et dans lesquelles sont empilés les messages WSi à retransmettre sur au moins l'un des bus 11,12,13, - un dispositif d'analyse 51 de label conçu pour analyser successivement les labels LBL des messages WSi se trouvant dans la mémoire d'échange de réception 71 et leur adjoindre des informations de routage, et - une matrice de commutation 54 qui reçoit les messages WSi transmis par le dispositif d'analyse de label 51 et qui exploite les informations de routage associées à chaque message WSi pour déterminer dans quelles mémoires d'échange d'émission 74,75,76 transférer le message. - 9 - Les messages WSi empilés dans les mémoires d'échange d'émission 74, 57,76 sont ensuite transférés sur le bus correspondant 11,12,13 par le circuit de couplage 58,59,60 correspondant. Ensuite, les messages WSi retransmis par le dispositif de couplage 1, circulant par exemple sur le bus 12 sont transférés par le circuit de couplage 44 dans la mémoire d'échange de réception 43, et sont ainsi mis à la disposi- tion du calculateur 41. Il est à noter que, selon la norme ARINC 629, chaque message émis par l'un des circuits de couplage 34,44,58,59,60 sur les bus 11,12,13, est simultanément reçu par ce même circuit qui effectue la comparaison du message reçu avec celui émis et émet un signal d'erreur dans le cas o une différence est détectée. Cette disposition permet de détecter les erreurs d'émission. Les dispositifs d'analyse de label 51,52,53 peuvent, par exemple, être associés à une table 30 permettant d'établir la correspondance entre les labels de tous les messages WSi susceptibles d'être reçus par le dispositif de commutation 1, et des informations de routage exploitables par la matrice de commutation 54. Cette table de correspondance 30 est mémorisée dans une mémoire non volatile, par exemple de type EEPROM, et est associée à des moyens de téléchargement qui permettent de charger la table, lors de l'initialisation du dispositif de commutation 1, ou bien lors d'une modification de la liste des messages échangés par les terminaux T1,T2, Tn. Afin d'offrir une plus grande rapidité de commutation, le dispositif de couplage 1 comprend autant de mémoires d'échange de réception 71,72,73 et autant de dispositifs d'analyse de label 51,52,53, que de bus 11,12,13, chaque mémoire d'échange de réception 71,72,73 étant connectée - 10 - d'un côté à un circuit de couplage 58,59,60 respectif, et de l'autre à un dispositif d'analyse de label 51,52,53 respectif. Par ailleurs, la matrice de commutation 54 comprend autant d'entrées que de dispositifs d'analyse de label 51,52,53. De cette manière, les messages WSi émis vers le dispositif de commutation i par les différents bus 11,12,13 peuvent être traités en parallèle. La matrice de commutation 54 peut être réalisée selon la technique des commutateurs utilisés dans le domaine des télécommunications, par exemple comme celle représentée schématiquement sur la figure 6. Sur cette figure, la matrice de commutation 54 comprend trois entrées et trois sorties, chacune de ces entrées étant interconnectée avec chacune des trois sorties, au moyen de trois interrupteurs 81 à 89 commandés de manière indépendante les uns des autres par les informations de routage associées à chaque message WSi à transférer. - il - REVENDICATIONS 1. Procédé de transfert de données numériques entre une pluralité de terminaux, caractérisé en ce qu'il comprend la connexion de chaque terminal (T1,T2,Tn) à un dispositif de commutation (1) par un bus (11,12,13) respectif de type multi-émetteur, multi- récepteur, multiplexé, chaque bus (11,12,13) étant relié à un seul terminal (Tl,T2,Tn) et au dispositif de commutation (1) qui assure sélectivement la communication entre lesdits bus (11,12,13), ledit procédé comprenant en outre, lors de l'émission de données numériques par un terminal (T1,T2,Tn) vers au moins un terminal destinataire (T1,T2, Tn): la conformation des données numériques en au moins un message (WSi) de longueur fixe prédéfinie, dans lequel les données numériques sont associées à un en-tête comprenant un code d'identification (LBL) du message, -l'émission dudit message (WSi) par le terminal (Tl,T2,Tn) sur le bus (11,12,13) le reliant au dispositif de commu- tation (1), -la réception du message (WSi) par le dispositif de commutation (1), la lecture du code d'identification (LBL) du message (WSi), et la détermination, à l'aide du code d'identification (LBL), des terminaux (T1,T2,Tn) destinataires du message, et - l'émission du message (WSi) par le dispositif de commutation (1) sur chacun des bus (11,12,13) connectés aux terminaux (Tl,T2,Tn) destinataires. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque terminal (Tl,T2,Tn) suscep- tible d'émettre et de recevoir des messages est connecté au dispositif de commutation (1) par deux bus (lla,llb, 12a,12b, 13a,13b), l'un étant utilisé exclusivement en émission et l'autre exclusivement en réception. - 12 - 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque terminal (T1,T2,Tn) est connecté par deux bus respectifs (11,21, 12,22, 13,23) à deux dispositifs de commutation (Cl,C2) redondants, chaque message émis par un terminal (Tl,T2,Tn) étant transmis aux deux dispositifs de commutation (Cl,C2), et chaque message reçu par un terminal provenant des deux dispositifs de commutation (C1,C2). 4. Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que lesdits bus sont compatibles avec la norme ARINC 629. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commuta- tion (1) et une pluralité de bus (11,12,13) de type multi- émetteur, multi-récepteur, multiplexé connectés chacun à l'un desdits terminaux (Tl,T2,Tn) et au dispositif de commutation (1), le dispositif de commutation (1) compre- nant: - un circuit de couplage (58,59,60) par bus (11,12,13) conçu pour effectuer les transferts de message (WSi) entre le bus (11,12,13) et le dispositif de commutation (1), - au moins une mémoire d'échange de réception (71) dans laquelle sont transférés par les circuits de couplage (58,59,60) tous les messages (WSi) circulant sur lesdits bus (11,12,13), au moins un dispositif d'analyse de label (51) conçu pour lire successivement chaque message (WSi) se trouvant dans la mémoire d'échange de réception (71), et lui adjoindre des informations de routage en fonction du code d'identification (LBL) lu dans le message (WSi), - autant de mémoires d'échange d'émission (74,75,76) que de bus (11,12,13), dans lesquelles sont stockés les messages - 13 - (WSi) à transférer sur les bus (11,12,13) par les circuits de couplage (58,59,60), - une matrice de commutation (54) conçue pour transférer chaque message (WSi) dans au moins une mémoire d'échange d'émission (74,75,76) en fonction des informations de routage associées au message (WSi). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commutation (1) comprend autant de mémoires d'échange de réception (71,72,73) et de dispositifs d'analyse de label (51,52,53) que de bus (11,12,13), chaque mémoire d'échange de récep- tion (71,72,73) étant connectée à un bus (11,12,13) respectif par l'intermédiaire d'un circuit de couplage (58,59,60), et à un dispositif d'analyse de label (51,52,53) respectif, chaque dispositif d'analyse de label (51,52,53) étant connecté à une entrée respective de la matrice de commutation (54) et ayant accès à la table (70) donnant les informations de routage en fonction de chaque code d'identification (LBL) de message. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le dispositif d'analyse de label (51,52,53) utilise une table (70) établissant la correspondance entre les codes d'identification de tous les messages (WSi) susceptibles d'être reçus par le dispositif de commutation (1) et des informations de routage exploi- tables par la matrice de commutation (54). 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque message (WSi) émis par l'un quelconque des circuits de couplage (58,59,60) est simultanément reçu par ce même circuit qui compare le message émis avec le message reçu, et émet un signal d'erreur dans le cas o la comparaison fait apparaître une différence. - 14 - 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les mémoires d'échange d'émission (74,75,76) et de réception (71,72,73) sont de type FIFO.