SpaceWire软核的设计与验证

介绍了SpaeeWire节点软核在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array.FPGA)设计与实现中的难点及时钟域划分和模块划分,并针对Virtex-5系列FPGA的特点给出了相应的实现方式.文章设计的SpaceWire 软核在Virtex-5系列FPGA数传电路板上实现了与Space...     

空间高速总线SpaceWire节点的设计与实现

根据SpaceWire总线的组成结构以及采用的数据-滤波编解码技术,针对SpaceWire节点需要与主机设备、SpaceWire接口设备进行异步交互的特点,文章给出了一种SpaceWire节点的高效实现方案。首先,该方案在硬件设计中采用了SpaceWire节点的多时钟域设计,使得节点整体性能得以显著提升;第二,采用双倍数据速率寄存器设计来降低SpaceWire节点发送端设计难度,解决了高速数据发送问题;第三,采用手动布局接收端的底层器件来满足时序要求,解决了高速数据接收问题;第四,计算出接收端RX FIFO的理论读出时钟频率指导硬件程序设计。在此基础上,采用SpaceWire节点的点对点数据传输实验对文章设计验证,结果表明文章给出的方案可以工作在240MHz时钟频率下,满足空间高速数据传输中高可靠性、低误码率和低复杂度的要求。     

基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件设计

为同时满足对于星务管理数据和高速载荷数据的传输要求,国内外的飞行器趋于使用1553B和SpaceWire组合网络来进行星上数据传输。复杂而灵活的数据传输要求使得卫星数据流设计中引入了大量标准协议,同时大大增加了星载数据管理软件的复杂度。对一种基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件的协议体系进行了介绍,通过对协议进行分析,改进了已有的软件框架,形成了一种基于标准协议的分层的软件架构,以空间包为单位实现星内数据交互,实现了软件应用层与数据链路协议的分离。软件实现结果表明,合理的协议分层和有效的接口封装提高了软件的可拓展性和可移植性,有利于软件产品化。     

一种高分辨率遥感卫星高速串行接口设计

从物理链路与互连协议两个方面进行研究,设计出一种应用串行编解码收发器与现场可编程门阵列(FPGA)器件编程配合,实现遥感卫星设备间数据传输的方案;通过伪随机码传输测试,实现了在速率2Gbit/s下数千亿位无误码的高速稳定串行传输。该设计传输速率快,可靠性高,为高分辨率遥感卫星设备间的数据传输提供了一种解决方案。     

应用SpaceWire网络的航天器分布式存储系统设计

针对航天器数据存储需求多样化的发展趋势,提出了应用SpaceWire网络的分布式存储系统设计。系统由控制模块和存储模块组成,为航天器载荷设备提供标准SpaceWire物理层、链路层接口,并在网络层提供统一的虚拟数据接口,通过逻辑地址进行标志和寻址,可屏蔽系统内部网络细节;载荷设备不必关注存储系统内部网络结构的变化,当部分模块故障时,可重新规划传输路径,对分布式存储系统进行重构,实现系统控制和数据存储功能的迁移。与存储需求相近、配置双固态存储系统的设计相比,其接口种类、协议设计更加简化,且系统重构方面的优势更为明显。     

基于FPGA的多节点无线振动传感器网络的研究

为了实现在军工业、农业、医疗和交通中的远程监控功能,本文设计了基于FPGA的多节点无线振动传感器网络。本系统是在FPGA基础上对SOPC进行软硬件设计,通过FPGA对多个Zig Bee网络节点进行数据采集与控制,能够使振动传感器的数据传输到上位机。经试验验证,本系统的测量精度高、灵敏度线性度好,具有广阔的应用前景。     

SpaceWire星载网络通信协议设计

SpaceWire是ESA和NASA推荐的新一代星载数据总线标准,其应用方向之一是构建统一总线星载网络。星载网络是典型的实时系统,它对网络信息的传输时延具有严格要求。然而,传统SpaceWire网络多源、异步、事件触发的特性使它难以提供确定的信息传输时延,这制约了它在统一总线星载网络中的应用。本文为克服SpaceWire的上述应用瓶颈,提出一种基于时间触发的SpaceWire星载网络通信协议,并提出相应的节点通信调度算法,通过合理的规划使节点在确定的时间窗口发送通信数据,从而避免了网络资源冲突,使信息传输时延的确定性得到保证。     

一种SRAM型FPGA内嵌CPU软核的SEU效应防护设计与验证

SRAM型FPGA内嵌CPU软核开发成本低、开发过程灵活,可以替代独立的DSP或CPU器件,执行星载设备核心控制功能。但这种内嵌CPU软核容易受到空间单粒子翻转效应(SEU)的影响。SEU可能导致内嵌CPU软核的硬件或软件故障,对其在轨应用影响较大。提出一种针对SRAM型FPGA内嵌CPU软核的SEU防护方案,通过"三模冗余+动态刷新"对CPU软核的硬件结构进行防护,通过冗余自刷新模块替换对CPU软核的存储区进行防护。该方案经过了软件注错验证及粒子辐照试验验证,证明其能够有效提高SRAM型FPGA内嵌CPU软核对SEU的容错能力。     

基于GEO通信卫星的低轨航天器数据通信协议研究

在分析传统低轨航天器数据传输方式的基础上,提出了一种基于地球静止轨道(GEO)通信卫星数据传输的网络结构及相应的双协议栈设计。该网络结构根据低轨航天器特点及双层卫星网络的优势,在低轨航天器上设计双协议栈,即低轨航天器与地面站之间的链路使用空间通信协议标准-传输协议(SCPS-TP),低轨航天器与通信卫星之间的链路使用利克里德传输协议(LTP)。同时,整个网络中实现两个协议转换网关,即低轨航天器网关实现SCPS-TP协议与LTP协议之间的转换,地面网关实现SCPS-TP协议与传输控制协议(TCP)协议之间的转换。仿真结果表明:低轨航天器采取双协议栈(SCPS-TP/LTP)的传输速率优于单一采取TCP协议,可为低轨航天器的数据传输任务应用提供技术基础。     

基于BM3803的星载计算机标准化设计与实现

以国产BM3803为处理器,采用紧凑型外部组件互联cPCI（compact Peripheral Com-ponent Interconnect）总线作为内总线,通过研究爱特（Actel）公司的IP（Intellectual Property）核CorePCIF的网表级文件,用现场可编程门阵列（FPGA）实现了标准cPCI接口;考虑到空间应用的特点,结构上设计了专门的锁定机构,实现所有模块的统一锁定,同时减轻了结构质量。     

高速SpaceWire协议IP的可靠性增强方法

针对航天高速SpaceWire总线系统对协议IP的高可靠性要求,提出一种用于静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)的增强三模冗余(TMR)方法。该方法对传统三模冗余和部分三模冗余做了改进,将需要进行三模冗余的原设计分为一般单元集和可靠性薄弱的关键单元集,对一般单元集中的每个单元做三模冗余,对关键单元集中的每个单元做顺序四模冗余。给出了顺序四模冗余的可靠度计算式和表决器的布尔表达式。建立了系统可靠性的马尔科夫模型并基于模型开展了可靠性仿真。仿真结果表明增强三模冗余系统的可靠性不仅明显优于传统三模冗余系统,而且优于部分三模冗余系统,使系统可靠性得到有效提高。     

1553B多功能RT IP核的设计与实现

介绍了采用一种自主研发多功能IP核实现总线全地址响应的设计方案,其可在FPGA中灵活配置,配备外围电路后可以方便实现各种功能.设计采用VHDL硬件描述语言进行编程,采用综合工具ISE Foundation对设计进行综合、优化,在ModelSim - SE 6.1g中进行时序仿真,并且最后在FPGA上实现.     

SpaceWire与SpaceFibre高速总线发展与研究

介绍SpaceWire总线和SpaceFibre网络的基本情况及其构成。分析了两者用于航天器时的优点。综述了两者在国内外发展和基础研究状况,给出了研究与应用中的高可靠SpaceWire-D信息组网和高速SpaceFibre网络传输等关键技术。     

AMBA总线技术在片上系统(SOC)集成设计中的应用

在SOC设计中,AMBA总线得到广泛的应用。AMBA总线由高速总线AHB/ASB(Advanced H igh-performance Bus)和低速总线APB(Advance Peripher-al Bus)2种总线机制组成,实现R ISC处理器、IP核和外设集成。本文介绍了AMBA总线在SOC设计中的集成设计,并通过16C550串口通讯IP核集成设计例子,展示如何利用AMBA总线的APB总线接口集成IP核,搭建一个SOC系统。     

基于Avalon总线的通用图像处理器的设计

提出一种图像处理的新方法,该方法将软核RISC与硬件IP核的优点相互结合,既能充分发挥硬件运算的 并行、高速等特性,又能最大限度地发挥软件的调度、管理功能,同时用户也可以根据图像压缩标准的变化和实际需要对 设计模块进行裁减或扩充,具有很高的灵活性和可继承性。     

适于LEO卫星IP网络的源组播算法

为了解决LEO卫星IP网络中现有源组播算法的信道资源浪费问题，提出了一套新的组播算法。即基于核心群的特定源组播（CSSM）算法和加权的CSSM（ω-CSSM）算法。CSSM算法以源节点作为初始核心群，通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展直至整棵组播树构建完成，这样所得的树代价最小，从而大大提高了网络的传输带宽利用率和有效传输容量。在ω-CSSM算法中，所提出的加权因子可以调整组播树的树代价和端到端传播时延之间的折衷程度，因此，可以通过调整加权因子柬适度增大树代价、降低端到端传播时延，从而支持某些有严格端到端时延要求的实时组播业务。通过与LEO卫星IP网络中典型源组播算法MRA的仿真比较，可以看出CSSM和ω-CSSM算法的树代价性能比MRA有显著改善，而端到端传播时延略高。