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SpaceWire路由器研制

2020-12-13阅读(979)

SpaceWire路由器研制

论文摘要

当前航天器功能日趋复杂、性能不断提升,各个设备及子系统之间的数据交换量也越来越大,因此需要一种高性能的星载总线满足大数据量传输需求。SpaceWire技术即是为解决星上数据传输问题而提出的一种高速、点对点、全双工的串行总线网络,SpaceWire路由器作为SpaceWire网络中的重要组成部分,在简化航天器中设备间的链路连接、实现任意设备间的数据交互、增加数据传输的可靠性等方面具有重要作用。本文在深入研究SpaceWire标准协议和在详细分析SpaceWire路由器设计需求的基础上,完成了SpaceWire路由器研制,包括SpaceWire路由器的硬件、固件设计,测试软件设计及SpaceWire路由器的调试。设计中采用了模块化的设计思想,将SpaceWire路由器划分为不同的功能模块,并在此基础上完成了SpaceWire路由器的整体设计方案。采用FPGA作为主控制器,结合自研的SpaceWire路由器IP核实现了8路SpaceWire链路端口间的数据交互,8路SpaceWire链路速度均可达200Mbps。自研SpaceWire路由器IP核采用模块化设计方法,通过模块复用,既降低了设计难度,也保证了SpaceWire路由器在工程应用中具备功能扩展或缩减能力。采用USB2.0接口作为SpaceWire路由器的主机端口,方便计算机对SpaceWire路由器的配置和监测。采用可在线编程的EEPROM作为SpaceWire路由器的路由表存储器,既克服了上电需要重新配置路由表内容的缺点,也克服了普通EEPROM需要编程器才能修改EEPROM中内容的缺点。采用Visual Stidio 2008作为编程环境,完成了测试软件的编写和设计,并在此基础上实现了SpaceWire路由器的功能和性能测试。最后对SpaceWire路由器的传输实时性进行了分析,探讨了影响SpaceWire路由器传输实时性的原因。对SpaceWire路由器的测试结果表明:SpaceWire路由器设计合理,性能稳定,各项功能和技术指标均符合设计要求。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及研究的目的和意义
  • 1.2 SpaceWire 技术国内外研究现状
  • 1.2.1 国外研究现状
  • 1.2.2 国内研究现状
  • 1.3 SpaceWire 路由器国内外研究现状
  • 1.3.1 国外研究现状
  • 1.3.2 国内研究现状
  • 1.3.3 SpaceWire 路由技术的发展方向
  • 1.4 论文的主要内容及结构
  • 第2章 SpaceWire 路由器方案设计
  • 2.1 SpaceWire 技术原理分析
  • 2.1.1 物理层
  • 2.1.2 信号层
  • 2.1.3 字符层
  • 2.1.4 交换层
  • 2.1.5 数据包层
  • 2.1.6 网络层
  • 2.1.7 SpaceWire 路由机制分析
  • 2.2 SpaceWire 路由器设计要求
  • 2.3 SpaceWire 路由器总体设计方案
  • 2.3.1 SpaceWire 路由器组成与功能模块划分
  • 2.3.2 SpaceWire 路由器设计关键技术分析
  • 2.3.3 SpaceWire 路由器硬件及固件设计方案
  • 2.3.4 SpaceWire 路由器测试软件设计方案
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 SpaceWire 路由器IP 核设计
  • 3.1 SpaceWire 路由器IP 核总体方案设计
  • 3.2 SpaceWire 链路接口IP 核设计
  • 3.2.1 关键技术分析
  • 3.2.2 链路接口接收器设计
  • 3.2.3 链路接口发送器设计
  • 3.2.4 链路接口控制器设计
  • 3.3 SpaceWire 路由器IP 核路由矩阵设计
  • 3.3.1 关键技术分析
  • 3.3.2 路由矩阵读逻辑模块设计
  • 3.3.3 路由矩阵写逻辑模块设计
  • 3.4 SpaceWire 路由器IP 核配置端口设计
  • 3.4.1 关键技术分析
  • 3.4.2 配置端口模块设计
  • 3.5 SpaceWire 路由器IP 核Time-Code 接口设计
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 SpaceWire 路由器软硬件设计
  • 4.1 SpaceWire 路由器硬件电路设计
  • 4.1.1 SpaceWire 链路接口电路设计
  • 4.1.2 USB 接口电路设计
  • 4.1.3 EEPROM 存储器电路设计
  • 4.2 SpaceWire 路由器固件设计
  • 4.2.1 USB 接口固件设计
  • 4.2.2 EEPROM 存储器控制逻辑设计
  • 4.3 SpaceWire 路由器测试软件设计
  • 4.3.1 SpaceWire 路由器配置程序设计
  • 4.3.2 SpaceWire PCI-2 板卡操作程序设计
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 SpaceWire 路由器测试及分析
  • 5.1 SpaceWire 路由器测试方案
  • 5.2 SpaceWire 路由器功能测试
  • 5.2.1 波特率测试
  • 5.2.2 路由寻址功能测试
  • 5.2.3 组自适应路由功能测试
  • 5.2.4 仲裁功能测试
  • 5.2.5 错误检测及恢复功能测试
  • 5.2.6 Time-Code 广播功能测试
  • 5.3 SpaceWire 路由器性能测试及分析
  • 5.3.1 传输效率测试及分析
  • 5.3.2 传输可靠性测试及分析
  • 5.3.3 路由寻址时间测试及传输实时性分析
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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