面向卫星数据系统的SpaceWire应用模型仿真研究

针对我国未来航天应用的需要,建立了SpaceWire总线在卫星在轨数据系统应用的半物理仿真平台,对SpaceWire总线的仿真应用模型进行了设计与实现.仿真系统采用了冗余容错结构,在节点故障时,能够通过Dijkstra算法重新计算最优通信路径,对路由表进行动态重构,实现对节点故障的动态容错.另外,通过对SpaceWire总线的通信性能测试结果的分析研究指出,SpaceWire总线在卫星在轨数据系统中可以用于提高总线数据传输的带宽和实时性,然而总线系统的基础可靠性还应当由1553B总线来提供.     

一种星载强容错SpaceWire总线网络拓扑设计与分析

目前SpaceWire总线应用主要基于单个路由器上连接数个节点设备,构成小型星状网络结构,而对复杂航天器多节点情况下的SpaceWire网络系统应用研究较少。针对航天器高可靠要求,提出一种总线型网络拓扑容错设计方案,对网络工作方式、多层次冗余容错机制、系统可靠度和网络传输性能进行了分析推导,结果表明提出的网络拓扑满足星载应用要求。最后根据分析结果提出了SpaceWire网络系统中数据包长、链路速率和节点布局的设计指导原则。     

运用定理证明的形式化方法验证SpaceWire编码电路

我国空间太阳望远镜(SST)项目采用了SpaceWire作为传输总线,目前针对SpaceWire总线的验证主要采用测试和模拟等传统的方法,这类验证方法是不完备的.本文旨在对SST项目中SpaceWire总线的DS编码电路是否如实地实现标准中的规范要求进行验证,运用定理证明的形式化方法,在HOL4工具上对该电路的设计实现与规范要求的一致性进行验证,克服了传统验证方法的局限性.     

基于嵌入式系统的SpaceWire总线驱动技术研究

针对基于VxWorks嵌入式系统的SpaceWire设备驱动的设计与实现展开研究;在分析操作系统层次结构和设备驱动调用关系的基础上,对基于VxWorks嵌入式系统的SpaceWire设备驱动框架结构设计,提出了通过操作系统的扩展模块调用SpaceWire总线驱动程序的设计理念;并按开发流程对SpaceWire设备驱动实现的细节进行了分析;其设计理念不仅可以为VxWorks嵌入式实时操作系统开发者在编写各类外设驱动程序时提供参考和借鉴,而且对于其它类似外设驱动程序的设计与实现具有一定的普遍性、适用性和指导性;结合相关具体的应用,证实所开发的SpaceWire总线驱动软件在可靠性和实时性方面都能满足应用要求。     

LonWorks-CanBus通讯协议控制网关的设计

本文介绍了LonWorks和CAN现场总线应用的现状,在阐述其通讯必要性的基础上,提出了一种基于单片机技术的LonWorks和Can Bus数据通讯的方案,完成了LON总线与CAN总线数据通讯协议控制网关的设计.该协议网关很好的解决了在同一控制系统中LON总线和CAN总线的交叉应用问题.     

航天器通用SpaceWire总线路由单元的研究与实现

为满足日益增长的航天器各系统间高速数据多路传输的需求,对SpaceWire高速数据总线特点进行了研究,提出了一种航天器通用SpaceWire总线路由单元的设计方法,采取了标准化SpaceWire总线接口,支持多个SpaceWire接口的自适应路由功能,可实现组网设备的即插即用。同时采用中央控制器进行高级协议算法处理,支持网络分布式中断管理功能,实现网络节点的事件触发式交互控制功能,总线数据包能够按照配置参数能够在任意SpaceWire端口间的一对一路由传输、一对多组播传输。经试验测试路由单元可以支持路由端口数最多达18个,每路接口工作速率最大可达到200Mbps,其提供的通用功能能够满足大部分航天器SpaceWire网络的需求。     

基于假设保证的SpaceWire总线链路接口的组合验证

SpaceWire是一种面向航天应用的高速、全双工的串行总线标准,对其功能正确性的实现具有极高需求。运用模型检验的方法对SST项目中SpaceWire总线链路接口的设计实现与标准规范的一致性进行形式化的验证。在对SpaceWire总线链路接口进行形式建模时,运用假设保证推理,通过抽象环境状态机,建立层次化的组合验证模型,实现了关键功能属性的验证,并有效地解决了状态爆炸问题,缩短验证时间。该方法克服了模拟和测试等传统验证方法的不完备性,为验证SpaceWire总线链路接口设计与实现的功能正确性提供了有效的验证手段。     

冗余CAN总线远程数据采集系统设计与研究

CAN总线作为现场总线的一种,巳在多个领域得到了广泛的应用和推广.针对各种实时数据采集和传输的需要,设计和实现基于冗余CAN总线网络的远程数据采集传输系统,通过冗余CAN总线网络进行数据交换.采用这种技术很好地解决了总线通信故障问题,提高了通信的可靠性.通过研究远程数据采集器的设计方法、双CAN总线通讯的冗余管理模型,设计了嵌入式冗余CAN总线远程数据采集系统.该系统巳在工程实际中进行了应用,并证明是有效的.     

基于CAN总线的实验楼宇火灾预警系统设计

本文主要设计一种基于CAN总线的实验楼宇火灾预警系统设计,采用单片机技术和现场总线技术实现该系统的设计.并且详细介绍了该系统的总体设计和基于CAN总线的智能节点的硬件、软件的设计.经实际应用,实现了对火情预警的实时性和可靠性.     

Python在SpaceWire模拟源系统上的应用

SpaceWire网络协议是一种航空总线标准,在航空设备上得到了广泛应用。为了开发出稳定的基于Spacewire网络协议的设备就需要有一套测试设备实时抓取总线信号来进行分析。那么为了保证测试设备的稳定性,还需要一台基于SpaceWire网络协议的模拟源设备用来验证测试设备的可靠性。传统模拟源设备主要是基于FPGA平台开发的,为了模拟SpaceWire总线的正常状态、组帧协议以及各种异常错误状态,经常需要修改Verilog代码,这是一个非常耗时费力的工作。本文在传统平台基础上引入了Python来解析数据序列,极大的方便了程序修改,加快了对测试设备的验证。     

应用SpaceWire网络的智能处理通用平台设计

针对大规模星座的智能处理通用平台高速数据交互的需求,设计应用SpaceWire网络实现外部载荷设备、智能处理通用平台及内部各模块间的互联互通;采用标准物理接口、SpaceWire路由逻辑寻址方式、标准CCSDS协议和RMAP协议,使得用户未知网络连接细节即可实现即插即用;当冷备份的模块故障时可以通过切机操作对系统重构,设计SpaceWire网络自主寻址机制重新规划传输路径;同时对SpaceWire网络应用设计进行硬件防静电、软件状态监测等可靠性设计;与无网络连接的同类型系统进行比较,该设计优势明显,接口种类少、协议标准、支持应用重构且支持系统扩展;设计测试用例对数据传输速率、切机后自主寻址以及应用重构等功能进行验证,测试结果表明功能都满足要求;该设计在大规模卫星设计中具有很好的应用前景.     

用LTL模型检验的方法验证SpaceWire检错机制

SpaceWire是应用于航空航天领域的高速通信总线协议,对SpaceWire设计正确性与可靠性要求极高,由于传统的验证方法,存在不完备性等缺陷,对SpaceWire的严格验证一直是备受关注的问题之一。模型检验以其验证的完备性得到设计人员的重视。提出用线性时态逻辑（LTL）模型检验的方法验证SpaceWire系统的检错机制。在检错模块中,该方法与用分支时态逻辑（CTL）验证方法相比,BDD分配数和状态数明显减少,提高了验证效率,还验证了错误优先级;对检错模块处理的五种错误的发生进行验证,验证结果均为正确。该方法实现了对检错机制的完备性验证。     

Worst-case end-to-end delays evaluation for SpaceWire networks

SpaceWire is a standard for on-board satellite networks chosen by the ESA as the basis for multiplexing payload and control traffic on future data-handling architectures. However, network designers need tools to ensure that the network is able to deliver critical messages on time. Current research fails to address this needs for SpaceWire networks. On one hand, many papers only seek to determine probabilistic results for end-to-end delays on Wormhole networks like SpaceWire. This does not provide sufficient guarantee for critical traffic. On the other hand, a few papers give methods to determine maximum latencies on wormhole networks that, unlike SpaceWire, have dedicated real-time mechanisms built-in. Thus, in this paper, we propose an appropriate method to compute an upper-bound on the worst-case end-to-end delay of a packet in a SpaceWire network.     

基于SpaceWire的链路状态算法研究与设计

在距离矢量路由算法的基础上,对SpaceWire路由器的路由更新策略进行改进,引入链路状态路由算法。分析该算法的执行过程和Dijkstra算法的基本原理,完成运行该算法的路由选择模块设计,并借助网络模型对其进行仿真。验证结果表明,该模块能够自动获取当前网络状况信息,并据此计算新路由,改善SpaceWire网络的自适应性,从而提高SpaceWire网络的数据传输效率。     

一种星载软件重构系统的设计与实现

针对航天器寿命延长与功能复杂度提升带来的对软件在轨重构和升级的迫切需求,基于SpaceWire设计了一种对星载软件升级与重构进行统一管理的网络,并设计实现了一款通用的软件维护控制器;星载软件重构网络通过SpaceWire路由器连接大容量存储模块以及星载计算机、载荷处理器等需要进行软件重构的终端设备,大容量存储器作为共享的存储资源池,用于接收各类星载设备的重构和升级软件程序,直接将软件程序通过SpaceWire分发到相应的设备,软件维护控制器位于终端设备内部,对软件重构数据进行统一格式封装,支持软件升级数据的片段化更新、软件ECC编码存储、软件APP切换控制等功能,解决星载软件升级缺乏统一操作流程、缺乏通用通信协议、缺乏高可靠设计支持的困境,并且该控制器采用抗辐射加固ASIC设计,满足宇航使用环境要求,为实现星载软件的灵活、便捷在轨重构奠定基础。     

一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术

为满足航天器有效载荷间高速数据多路传输未来发展和空间抗辐射的需求,研究了一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术。在SpaceWire总线标准网络层分析的基础上,对cell矩阵无阻塞路由增添HanMing编码实现纠一检二,当检测出大于一个错误不能纠正时,采用局部重构的方式对有误的单个cell单元进行三重冗余重构,同时采用Partition Pin来代替传统的总线宏作为静态模块和动态模块的传输枢纽,并对容错前后路由器的资源和延时时间进行了评估和比较。实验结果表明,比将整个路由cell矩阵三模冗余,该方法能够节约硬件资源和减少延迟时间。     

基于xMAS模型的SpaceWire信誉逻辑的形式化验证

空间总线(SpaceWire)协议是应用于航空航天领域的高速通信总线协议, 保证其可靠性至关重要。但是由于通信系统具有队列量、分布控制和并发性等特点,传统仿真模拟的验证方法存在不完备性的问题,采用模型检测方法对高层次属性进行验证时,通常会出现状态爆炸的问题。基于xMAS模型对SpaceWire通信系统中的信誉逻辑进行形式化建模、验证,xMAS模型既保留了底层的结构信息,又可以验证高层次的属性。对通信系统中信誉逻辑进行抽象进而建立了xMAS模型,提取了可发送性、可接收性和数据一致性等3个关键属性,运用定理证明工具ACL2对关键属性的正确性进行了自动验证。该方法为验证指导下的系统设计提供了有效的参考。     

SpaceWire冗余网络故障检测恢复技术实现

为提高SapceWire网络可靠性,基于SpaceWire-D提出了一种应用于SpaceWire冗余网络的故障检测恢复技术。网络节点通过比较主、备份端口收到的时间码来判断链路故障状态,在确认主链路发生故障后,节点自动启用备份端口工作。通过引入时间码抖动容限参数,提高了节点对故障判断的准确性,避免了故障误判。测试结果表明,即使故障链路未与节点直接连接,节点也能够在一个时间槽长度内检测到链路故障并自动切换至备份链路。此技术保证了网络故障情况下的数据正确传输,提高了SpaceWire网络的可靠性,是一种稳定可靠的故障检测恢复技术。