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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

计算机总线发展新趋势

本文对计算机系统总线技术的发展作了简要概述，着重对面向系统内部通信的新型高速并行总线HyperTransport和面向系统间通信的新型高速串行总线InfiniBand进行阐述，同时还比较它们与其它新型总线RapidIO,3GIO和StarFabric以及传统的PCI基总线之间的对立统一关系。     

SpaceWire总线在遥感卫星数传系统中的设计应用

SpaceWire总线是一种面向航天应用的基于LVDS串行传输的新型技术,解决了目前数据传输系统的总线带宽不足问题,并提供一种通用接口标准以简化和规范异种设备之间的互连.文章介绍了SpaceWire总线的技术特点,并对该总线在某型号卫星数传系统中的设计应用进行了分析和研究.     

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...     

关于SpaceWire总线接口可靠性的研究

为满足航天器有效载荷间高速数据传输的发展需求,提出了两种SpaceWire总线可靠性的改进方案;在SpaceWire总线描述的基础上,分析了字符的正确性校验和传输过程中的错误及检测恢复机制等提高可靠性的方法;针对通信链路发生物理性故障的问题,提出了两种基于硬件冗余机制的SpaceWire可靠性改进方案,一种是在系统间建立两个相独立的协议装置,另一种是使用多路输出选择器进行切换将数据传输给目的节点;通过实验验证,两种方案能够处理通信链路出现物理故障的问题。     

高速数据总线测试概述

文章简要介绍了源同步接口总线和高速串行总线的测试难点和各种测试解决方法。     

SpaceWire协议的形式化建模与概率分析

SpaceWire是应用于航空航天领域的高速通信总线标准,保证其设计的可靠性和正确性至关重要.本文通过概率模型检测的方法对SpaceWire的交换层设计进行形式化建模与量化分析.基于马尔科夫决策过程(MDP)对交换层的链路初始化及正常运行过程建立形式化概率模型,模型包括发送方、接收方和信道,提取SpaceWire交换层的4个关键属性,用概率计算树逻辑(PCTL)进行描述,运用PRISM平台对SpaceWire交换层设计进行验证和分析;并获得信道丢包概率不同情况下,链路初始化成功以及正常运行时数据包正确传输的概率,这种定量形式化分析结果可为SpaceWire的设计和实现提供参考依据.     

基于PCIe的DMA传输在UM-BUS测试系统中的设计与应用

动态可重构高速串行总线(UM-BUS)是一种利用多通道并发冗余的方式来实现总线动态容错的高速串行总线。它的测试系统可以实现对总线的通信过程进行监测、存储与分析。由于测试系统需要在数据采集终端与PC之间建立高带宽的通信通道,设计了UM-BUS总线测试系统的PCIe2.0 x1通道的应用方案,设计并实现了基于FPGA的PCIe总线DMA数据传输方案。实验测试结果表明,实际传输速度可以稳定达到200 MB/s以上,完全满足总线测试系统中对数据传输速率的要求。     

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.     

UM-BUS总线传输系统的建模与仿真

UM-BUS(动态可重构高速串行总线)是一种基于故障实时检测和动态重构的新型多通道高速串行总线.UM-BUS总线的传输介质为屏蔽双绞线,传输通道采用MLVDS(TIA/EIA-899-2002)信号传送方式,能够支持多个节点设备直接连接.基于传输线理论,采用Hyperlynx建立了UM-BUS总线物理线路的电阻隔离型、电容隔离型、阻容隔离型3种传输模型,并对仿真眼图及实测眼图进行了分析,确定了UM-BUS总线物理链路模型,为进一步研究UM-BUS总线传输系统提供了支持.     

新型总线中并行CRC算法的设计与实现

为了对动态可重构高速串行总线UM-BUS进行差错控制,提出了一种用于新型总线数据校验的四通道并行CRC算法.根据UM-BUS的多通道并发通信方式和通道动态组织特点,采用四体FIFO进行数据缓冲存储,并设计了满足总线特点的四通道并行CRC编解码器.在此基础上,给出了它的FPGA实现方案和仿真结果.该并行CRC编解码器,可实时计算总线通信数据的CRC校验码,已成功的应用于动态可重构高速串行总线系统中,实现对突发错误的实时检测,通信速率达到100Mbps/通道.     

基于软件总线的星载系统软件结构的研究与设计

针对目前国内外星载系统软件可重构性较差的问题,提出了一种基于软件总线的星载系统软件结构。首先，介绍了软件总线和软构件的结构。其次，阐述了星载实时多任务操作系统中混合任务调度算法的设计。最后，对这个混合任务调度算法的正确性给出了证明。     

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。     

泾渭分明的两极：串行总线与并行总线

时下，总线技术正在进行一场革命，高速串行总线纷纷取代传统的并行总线，例如串行ATA(串行)取代并行ATA，基于串行技术的PCI Express将取代目前的PCI总线，而现在流行的Hyper Tranport、USB2.0、IEEE1394a／b等高速总线也均为串行体系。相比之下，传统的并行总线日薄西山，其速度也未得到继续提升，为何会出现这样的状况呢？     

多核DSP系统高速传输核心的IP设计

针对现代高性能嵌入式系统对高速数据传输的应用需求,RapidIO高速串行总线作为新一代嵌入式系统互联总线,具有高速度、低延时、高可靠性等特性,能够很好地适应嵌入式多核DSP系统高速数据传输的要求。本文介绍了互联总线的发展过程,分析了高速串行RapidIO协议特点,针对多核DSP领域嵌入式系统的要求,给出了基于串行Ra-pidIO总线互联的核心IP设计。