一种星内网络系统构架的选型及实现

论文摘要

星载数据系统是卫星综合电子系统重要的组成部分,它是卫星的信息中枢,它担负着卫星数据管理、星地上下行数据通信以及星间通信的任务。由于星载数据系统所处空间环境的复杂性以及它的不可维修性,决定了对它长寿命、高可靠的要求以及相应的重量、体积、功耗和成本的限制。随着技术的不断完善和发展,星载电子设备系统也变成数字化了;然而星载电子设备之间的通信仍然十分复杂和凌乱,且需要不同的硬件接口来应付不同的星载设备;为了简化这一状况,就提出了星载数据总线,即在不同的时刻和不同的星载电子设备之间能相互通信。现代星载数据总线的主要功能是实现集成化的星上电子系统,将星上分散的设备有机地连接起来,以完成卫星综合电子信息处理,监视、管理、协调、控制卫星各分系统的运行。近年来,以太网技术和嵌入式系统都有了很大的发展,同时卫星内设备的各种数据处理的速度要求也越来越高,所以考虑采用嵌入式以太网技术实现星载数据系统的网络化。嵌入式以太网是指将嵌入式系统接入以太网,嵌入式以太网能够实现对嵌入式系统设备的控制、诊断和测试等功能,为现场分布式控制提供了一种方便、快速、通用性强,成本相对较低的新型控制方案。嵌入式以太网通信技术是基于网络技术和标准协议实现的,主要包括ARP地址解析协议,ICMP网络控制报文协议,IP网际协议,TCP传输控制协议和UDP用户数据包协议等。本论文首先简单介绍了当前卫星内设备通信采用的总线状况,在分析和比较几种串行总线技术的基础上,结合星内设备的数据处理要求越来越高,提出了采用嵌入式以太网技术实现星内通信。论文中还介绍了以太网通信技术和嵌入式系统的发展,详细介绍了以太网通信原理以及关于以太网的几个关键问题,接着介绍了嵌入式以太网系统原理,以及由此提出了一种星内网络系统构架的选型方案;最后利用MagicARM2200实验开发平台进行了一个基于嵌入式以太网通信的试验,试验结果表明:在卫星内实现以太网通信是可行的,嵌入式以太网通信具有集成度高、速度快、可靠性高和实时性好等特点,该项技术还有很大的发展空间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 一 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题的研究背景
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 二 星载数据系统理论
• 2.1 星载数据系统的概念
• 2.2 星载数据系统的技术特征和结构选择原则
• 2.3 星载数据总线的现状
• 2.4 几种星载数据总线介绍
• 2.5 几种常用星载数据总线比较
• 2.6 星载数据总线选择的一般原则
• 三 以太网系统原理
• 3.1 以太网通信技术的发展
• 3.2 工业以太网技术基本原理
• 3.3 快速以太网的主要技术指标和设计指标
• 3.4 以太网协议与IEEE802.3标准
• 3.5 以太网的主要传输性能参数
• 3.6 以太网的可靠性能
• 3.7 以太网的安全性能
• 3.8 高速以太网的发展
• 四 嵌入式以太网系统原理及选型
• 4.1 嵌入式以太网概述
• 4.2 嵌入式系统的现状和发展
• 4.3 嵌入式系统的特点及分类
• 4.4 嵌入式以太网硬件选型
• 4.5 嵌入式以太网软件选型
• 五 一种星内网络系统构架的选型
• 5.1 选型的依据
• 5.2 基于快速以太网的一种构架
• 5.2.1 快速以太网的主要特点
• 5.2.2 快速以太网的协议特点
• 5.2.3 电缆的选型
• 5.2.4 MII介质无关接口设计
• 5.2.5 微处理器的选型
• 5.2.6 嵌入式操作系统的选型
• 5.2.7 物理层器件的选型
• 5.2.8 交换机的选型
• 5.2.9 主要处理的以太网协议
• 5.2.10 网络计算模式的选型
• 5.2.11 网络系统的一种构架框图
• 5.3 已构架星内嵌入式以太网系统的主要特点
• 六 一个基于嵌入式以太网通信的设计与试验
• 6.1 嵌入式以太网模块设计
• 6.2 ARP网络寻址模块设计
• 6.3 UDP数据报与TCP传输应用系统设计
• 6.4 用MagicARM2200实验箱进行以太网通信试验
• 6.5 实验小结
• 七 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 进一步工作展望
• 八 参考文献
• 九 致谢