星载电子系统标准数据通信协议与接口的设计实现

论文摘要

为了适应特殊空间任务的需要,快速响应空间计划ORS给航天器的研制注入了小型、快速和标准的全新理念。近年来小卫星和微小卫星的标准化成为各国航天器研究的重点,而星载电子系统数据通信协议和接口的标准化实现是卫星标准化的必要前提和重要步骤。本文以此为背景,研究并初步设计了一套星载电子系统数据通信协议和接口标准化方案。本文对星载电子系统设备数据通信协议和接口的标准化进行研究,同时通过演示验证系统对本文提出的协议和接口予以验证。首先基于总线型的卫星拓扑结构和SOIS协议,对星载设备数据通信协议进行层次化研究和初步设计,同时给出链路的帧结构及其具体定义;然后为实现初步设计的物理层和数据链路层协议设计硬件接口电路,主要包括总线接口、以太网接口和其他外围接口电路,并给出具体的设计实现过程;针对演示验证系统多对串行总线的接口方案,使用FPGA设计并实现了总线控制器,保证星载电子演示验证系统设备数据通信的可靠性;最后以演示验证系统中高速线的图像数据传输为测试方案,对本文设计的通信协议和接口电路的功能予以测试及验证。本文的重点为星载设备标准数据通信协议的初步设计,并从电气标准的角度上对接口进行设计、实现和功能验证。星载电子系统的标准化是一项极其庞大的工程,涉及面非常广,本文旨在提高星载设备数据通信的可靠性和设备接口的协调性,以促进星载电子系统的标准化进程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状与趋势分析
• 1.2.1 国外研究现状与趋势
• 1.2.2 国内研究现状与趋势
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 星载电子系统标准数据通信协议的研究
• 2.1 标准数据通信协议的设计要求
• 2.2 标准数据通信协议的研究及初步设计
• 2.2.1 物理层协议
• 2.2.2 数据链路层协议
• 2.2.3 应用服务层协议
• 2.3 帧结构定义
• 2.4 本章小结
• 第3章 标准接口电路的硬件设计实现
• 3.1 接口电路功能需求和整体设计
• 3.2 主控制器相关电路设计
• 3.2.1 主控制器的芯片选型
• 3.2.2 晶振和复位电路
• 3.2.3 主控制器电源电路
• 3.2.4 JTAG 配置电路
• 3.2.5 外围接口资源分配
• 3.3 基于FPGA 总线控制器相关电路设计
• 3.3.1 FPGA 芯片的选型
• 3.3.2 时钟电路
• 3.3.3 FPGA 电源分配电路
• 3.3.4 FPGA 下载配置电路设计
• 3.4 总线控制器与主控制器接口设计
• 3.5 总线控制器与总线驱动电路接口设计
• 3.6 相关接口电路的设计
• 3.6.1 以太网接口设计
• 3.6.2 总线驱动电路设计
• 3.6.3 串口电路设计
• 3.7 电源电路设计
• 3.8 PCB 设计和演示验证系统
• 3.9 本章小结
• 第4章 基于FPGA 的总线控制器的设计实现
• 4.1 总线控制器的FPGA 设计流程
• 4.2 总线控制器的整体设计
• 4.2.1 总线控制器的功能设计
• 4.2.2 总线控制器顶层模块设计
• 4.3 各个功能模块的设计与功能验证
• 4.3.1 全局时钟管理模块
• 4.3.2 同步模块
• 4.3.3 接收缓冲模块
• 4.3.4 发送缓冲模块
• 4.3.5 通道接收发送模块
• 4.3.6 内部协调模块
• 4.3.7 PnP 模块
• 4.4 本章小结
• 第5章 接口电路的功能测试
• 5.1 接口电路测试方案
• 5.2 高速线各设备程序设计实现
• 5.2.1 载荷终端程序设计
• 5.2.2 有效载荷程序设计
• 5.2.3 数传系统程序设计
• 5.2.4 数传终端程序设计
• 5.3 测试结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢