IEEE-1394b总线等时传输性能分析

IEEE-1394b是一种高速数据总线,已成功应用于航空电子中.其等时传输保证数据传输具有确定的延时,广泛应用于多媒体数据的传输.为解决等时传输中的性能评价问题,基于确定与随机Petri网(DSPN,Determ inistic and Stochastic Petri Net),建立了IEEE-1394b总线等时传输的模型.模型考虑了对等时传输性能影响较大的带宽预留和仲裁机制的影响,精确描述了总线行为.通过对模型的仿真分析,得到了等时传输的吞吐量和平均等待时间等性能指标与节点数量、数据包大小以及数据包到达速率的关系,并得到了IEEE-1394b等时传输总线吞吐量的极限.     

IEEE-1394b光纤总线系统的QoS分析

为解决航电系统的网络延迟和阻塞问题,对应用于其上的IEEE-1394b光纤总线系统进行了带宽预留机制和平均响应时间等关键特性的分析.基于IEEE-1394b协议的带宽预留机制,提出了等时数据传输和异步数据传输的服务质量(QoS,Quality of Service)满足的条件(硬QoS).在QoS服务准入控制的等时和异步请求混合的情况下,利用排队论进行了IEEE-1394b异步请求的QoS分析(软QoS),得到了忽略响应间隔时间,IEEE-1394b异步请求队列的平均响应时间.最后通过IEEE-1394b光纤总线实验系统进行了IEEE-1394b的QoS服务评估,验证了理论分析结果.对IEEE-1394b驱动层QoS的设计具有一定的指导意义.      

IEEE-1394b互连网络的可靠性建模

对于IEEE-1394b互连的可靠性计算问题,从IEEE-1394b的拓扑结构出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了IEEE-1394b互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的定义.针对IEEE-1394b协议的特性,提出了IEEE-1394b互连系统的互连矩阵定义.对IEEE-1394b互连系统在航电系统的典型应用进行建模分析,给出其任务路径集和单一路径失效概率,得到了任务路径的可靠度.通过分析中继端口单元对任务路径的影响,得到了中继端口单元对于IEEE-1394b互连可靠性影响最大的结论.      

SFODB总线在飞行器数据管理中的应用探讨

SFODB(Spaceborne Fiber Optic Data Bus)的提出主要是为解决飞行器内部有效载荷数据率日益提高这一迫切问题,它是一种基于商用异步传输模式(ATM)的高速航天数据总线技术,适合于空间探测器的海量数据包传输.其物理拓扑是由光纤链路连接多个FBIU单元以及单个CFBIU单元组成的环形网络,各节点之间的距离不超过100m,基本数据率可从200Mbit·s-1变化至1Gbit·s-1,并具有极高的实时性和可靠性,相比其他总线网络规模小,性能更优.针对SFODB的特性,分析了其发展现状和技术途径,提出了一种在飞行器内部采用SFODB总线作为主干网的数据网络架构,该网络能完成飞行器内部不同数据率载荷的分类分层可靠传输.在此基础上对SFODB的研究与应用提出了建议.      

基于协议变换的图像采集系统设计

介绍了一个基于高速协议变换的实时图像采集系统,该系统实现了从IEEE1394协议到千兆以太网协议的实时变换,将基于IEEE 1394协议的数字相机发出的图像数据转发到以太网上.系统设计使用了SOPC(System On a Programmable Chip)技术,通过Avalon总线将Nios Ⅱ处理器,千兆网MAC核和自定义的1394芯片接口逻辑等IP组件连接在一起形成主要的硬件电路,结合系统软件设计实现了对高速图像数据的实时转发.系统达到了较好的性能,同时具有集成度高,结构简单和扩展性好的特点,展示了利用SOPC技术解决此类问题的优势.     

航空电子环境下FC网络的建模与仿真

机载网络是航空电子系统的重要部分.从航电系统对数据传输的需求出发,研究了光纤通道(FC,Fibre Channel)网络复杂混合拓扑的建模与仿真.在协议分析的基础上,将不同拓扑结构的网络抽象成终端与交换机模型的组合,并分别建模.基于离散事件系统仿真方法构建了适合航空电子环境的FC网络仿真平台,并提供网络吞吐量、延迟和实时性等性能指标的评价方法.仿真结果与实测数据相对比,误差小于10％,验证了模型的有效性.使用仿真模型进行案例分析,对机载FC网络做出性能评价.      

一般高速数据总线网络的吞吐量分析

分析了一般高速数据总线网络优先权方案的特性，建立了一般ＨＳＤＢ网络多优先权的平均吞吐量模型，导出了不同优先权的平均吞吐量解析表达式，并通过软件仿真验证了由得到的解析表达式。     

面向空间应用高可靠图像数传设备的设计与实现

针对空间高速图像数传任务需求, 设计并实现了一种采用SpaceWire总线传输协议的高速图像数传设备. 该设备的硬件以FPGA为控制核心, 完成对SpaceWire协议芯片的初始化配置、收发数据包处理、中断和异常状态处理等操作. 重点阐述了FPGA的可靠性设计, 包括状态机设计、异步时钟域设计和数据包传输与链路错误的恢复设计. 测试表明该设备能够稳定可靠地实现140 Mbit/s的图像数据传输, 对于链路的突发错误在一定时间内具有错误数据恢复能力, 能够有效保证传输数据的正确性和稳定性.      

航空电子系统的光纤网络结构与技术

针对先进航空电子系统对数据网络的高速和混合通信的需求,基于分布式控制、实时存取和故障容忍的设计思想,进行了分布式光纤网络的结构设计和协议选择.重点分析了光纤链路、介质访问控制协议、拓扑、容错技术和网络管理软件.分析结果表明,基于1394b总线的分布式容错光纤网络能提供确定和可靠的通信,同时该吉比特光纤链路满足误码率要求且功率余量达13dB.因此它是具有高带宽、低延迟和易扩展优势的高综合网络结构.      

ATN中的数据压缩算法分析及进一步完善

针对航空电信网移动通信中的数据压缩问题,详细分析了无连接网络层协议(CLNP,Connectionless Network Layer Protocol)报头压缩过程和压缩性能,得出传输效率、报头压缩效率与报文长度的关系.在缺省域间路由方式下,结合ESIS(End System to Intermediate System )协议,提出了CLNP报头数据的压缩完善方案,并分析了算法的压缩性能、给出了压缩效率和数据包长的关系.仿真结果表明,该算法进一步提高了压缩效率,提高了无线信道传输效率.      

IEEE1394 总线容错性研究

IEEE1394 总线正逐步应用于航天电子系统, 因此对其容错性进行研究是非常必要的. 本文对IEEE1394总线的物理层与链路层接口部分在信号传输中可能存在的错误以及如何容错进行了研究, 重点分析了物理层控制双向总线时可能出现的各种错误, 并给出了链路层的容错方法, 这样可以在很大程度上提高网络系统运行的可靠性.      

IEEE 1394协议虚拟复合MAC工业现场总线研究

为解决一个总线回路中不同类型设备通信的性能和效率问题,提出一种采用IEEE 1394总线协议和虚拟复合MAC(Media Access Control)的工业现场总线协议.在IEEE 1394基本协议层的基础上设计虚拟MAC子层,通过附加总线配置实现节点功能的区分,利用等时数据传输和异步数据传输实现时分多址、仲裁、轮询、令牌等MAC方式的数据通信.      

无人直升机系统CAN总线应用层协议设计

为了将CAN(Controller Area Network)总线应用于无人直升机系统,设计一种具有通用性的CAN应用层协议.针对CANaerospace V1.7版协议在无人直升机系统应用的数据定义、测控带宽等问题进行改进.重新设计定义了基本帧格式和数据标识号,提出一种适用无人直升机系统应用的CANauh协议.为了对CANauh协议进行验证,以一种基于CAN总线的无人直升机航空电子系统为对象进行CAN总线数据内容、调度表、总线负载的设计和CANoe数字仿真.CANauh协议在10 ms基本周期的总线负载为40.83%,数据可扩展定义空间为67.4%,测控系统带宽具有66.7%的占空比,满足无人直升机系统的指标要求.CANauh协议可以促进CAN总线在无人直升机系统中的应用,避免重复性设计,增加各个系统间的互操作性,降低开发维护成本.      

新一代机载自主式数据总线

介绍90年代美国民航界将推出的一种数据总线DATAC(Digital Autonomous Terminal Access Communication)。讨论DATAC的产生背景、通讯协议及操作方式、同步和异步传输、消息传输和文件传输、功能框图及关键技术等。研究表明目前在实验室可以实现这一系统。     

基于ASIC技术的1553B IP核的设计

针对卫星轻小型化的应用需求和现有1553B总线接口设计存在缺陷的问题,提出一种面向航天器综合电子的1553B总线协议ASIC芯片设计方案,并介绍了自主研发的1553B协议IP核设计. 1553B IP核采用自顶向下的设计方法,使用Verilog硬件设计语言进行编程,实现了1553B总线中的总线控制器BC和远程终端RT功能. 分别从1553B IP核总体框架、BC/RT共享模块、BC功能模块和RT功能模块详细介绍了IP核的设计.1553B IP核设计完成模块仿真验证、ASIC芯片系统仿真验证和FPGA验证,通过DDC的1553B板卡对设计进行验证,误码率小于10-9. 实验结果表明,本IP核设计具有可靠性高、可移植性强、资源占用少、实时性好的特点.