用于星载非智能设备的IEEE 1394总线接口

论文摘要

星载数据总线用于各星载电子设备之间的通讯和数据交换,是整个星载电子系统的关键部件之一。随着航天工程的不断发展,星载电子系统对星载数据总线的要求进一步提高,需要一种更先进的高速总线来支持各个电子设备之间高速、实时的数据传输。另一方面,航天电子系统正向小型化趋势发展。航天电子系统的小型化,为提高航天器性能、降低成本和缩短研发周期提供了可能,它已经成为现代航天工程的发展趋势之一。因此,研制一种通用、轻小型化的高速星载数据总线接口对未来航天工程应用具有重要意义。在实际星载任务中,有些星载设备不带有CPU单元,但是也要使用高速数据总线来实现与其它设备的通讯,因此需要开发一种用于这类星载非智能设备的轻小型化高速总线接口,在实现高速数据传输的同时尽量减小整个星载电子设备的体积和功耗。本文选择了IEEE 1394高速串行总线,IEEE 1394总线遵从CSR体系结构,支持热插拔和即插即用,支持等时和异步两种传输模式,是NASA推荐用于未来空间应用的数据总线之一。本课题设计了以Actel FPGA作为主控单元的用于星载非智能设备IEEE 1394接口原理样机。原理样机中主要包括主控FPGA、IEEE 1394协议芯片组、LVDS接口、ADC和DAC接口以及RS232调试接口等。在FPGA对总线接口板的控制实现过程中,还选用了开源的MC8051 IP作为控制单元,实现了一个简单的片上可编程系统,并对IEEE 1394总线功能作了测试和验证。本文详细介绍了课题的背景和国内外发展近况、IEEE 1394总线的技术概要;论述了方案确定和硬件设计的过程,以及FPGA控制逻辑和MC8051 IP在FPGA中的实现;说明了IEEE 1394数据包的格式,进行了IEEE 1394总线的功能测试,并阐明了MC8051控制软件的实现方法。本课题所开发的用于星载非智能设备的IEEE 1394总线接口原理样机经过完善后可用于星载非智能设备中,对未来IEEE 1394总线的星载应用具有借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 课题的主要内容
• 第2章 国内外研究进展
• 2.1 国外星载数据总线发展
• 2.1.1 星载数据总线的现状
• 2.1.2 IEEE 1394 总线航天应用
• 2.2 电子系统小型化发展
• 2.3 国内情况
• 第3章 IEEE 1394 总线技术
• 3.1 IEEE 1394 总线特点
• 3.2 IEEE 1394 总线协议结构
• 3.3 IEEE 1394 总线通信服务
• 3.3.1 异步事务
• 3.3.2 等时事务
• 3.4 IEEE 1394 总线电气接口
• 3.5 IEEE 1394 总线星载应用的可行性
• 3.5.1 星载数据总线选择的一般原则
• 3.5.2 选择IEEE 1394 总线的理由
• 3.6 IEEE 1394 总线星载应用适应性研究
• 第4章 原理样机方案和硬件电路设计
• 4.1 控制单元选择
• 4.1.1 各种控制单元比较
• 4.1.2 FPGA 芯片选择
• 4.2 系统方案
• 4.3 各功能模块硬件设计
• 4.3.1 IEEE 1394 电路模块
• 4.3.2 FPGA 电路模块
• 4.3.3 电源模块
• 4.3.4 时钟和复位模块
• 4.3.5 80C186 接口模块
• 4.3.6 RS232 接口模块
• 4.3.7 ADC 和DAC 模块
• 4.3.8 LVDS 接口模块
• 4.4 原理样机PCB
• 第5章 总线控制逻辑在FPGA 中实现
• 5.1 接口板调试模块逻辑
• 5.2 ADC 和DAC 芯片控制逻辑
• 5.2.1 AD5233 控制逻辑
• 5.2.2 MAX152 控制逻辑
• 5.3 IEEE 1394 协议芯片控制逻辑
• 5.3.1 TSB12LV32 微控制器接口控制逻辑
• 5.3.2 TSB12LV32 DM 接口控制逻辑
• 5.4 基于MC8051 IP 的1394 芯片控制
• 5.4.1 SOPC 技术在电子系统小型化中应用
• 5.4.2 Oregano Systems MC8051 IP 简介
• 5.4.3 MC8051 IP 在Actel FPGA 的实现
• 5.4.4 基于MC8051 IP 的IEEE 1394 协议芯片控制
• 5.5 1394 接口测试与控制软件实现
• 5.5.1 1394 接口测试程序设计
• 5.5.2 异步数据包接收和发送
• 5.5.3 等时数据包发送和接收
• 5.5.4 控制软件实现
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 存在的问题和进一步的工作
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢