CN103019997B - 星载电子系统接口转换模块 - Google Patents
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Abstract
星载电子系统接口转换模块，属于航天数据处理技术领域。它为了解决现有技术存在SpaceWire信号与CAN信号、485信号和422信号之间无法相互转换，兼容性差的问题。它上电之后，单片机读取预存在FLASH内存中的配置文件，通过FPGA配置端口配置基于静态随机存储器的FPGA模块，在数据转换和传输的过程中，信号转换电路和路由电路不断输出一定周期和脉宽的心跳信号，由监测电路时刻监测是否存在异常，当发现输出的脉冲信号常高、常低或周期不规律时，监测电路将该异常报告给状态控制电路，状态控制电路向片外单片机发出控制信号,命令单片机读取FLSH内存中的配置码流，通过FPGA配置端口重新配置FPGA模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种接口转换模块，具体涉及星载电子系统接口转换模块。
背景技术
随着电子技术和计算机技术的不断发展，航天任务复杂化的提高，未来星载设备的数据接口形式多样化，因此有必要设计一种高效的接口转换模块，简化卫星内部线路结构，降低设计成本，使卫星综合电子系统达到高度集成性和综合性，充分实现资源共享，信息融合。
随着SpaceWire高速总线在航天领域的快速发展，逐渐成为星载电子系统标准总线，现有技术存在SpaceWire信号与CAN信号、485信号和422信号之间无法相互转换，兼容性差的问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在SpaceWire信号与CAN信号、485信号和422信号之间无法相互转换，兼容性差的问题，从而提出了星载电子系统接口转换模块。
星载电子系统接口转换模块，它包括基于静态随机存储器的FPGA模块、第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器(简称DDR2 SDRAM，全称Double-Data-Rate TwoSynchronous Dynamic Random Access Memory)、单片机、静态随机存储器和FLASH内存，所述的基于静态随机存储器的FPGA模块包括SpaceWire编译码IP核、信号转换电路、路由电路、CAN编解码模块、485编解码模块、422编解码模块、状态控制电路、监测电路和FPGA配置端口，
信号转换电路共有：三个数据信号输入输出端、一个心跳信号输出端和一个缓存信号端，
路由电路共有：五个数据信号输入输出端和一个心跳信号输出端，
状态控制电路共有：两个数据信号输入输出端、一个数据信号输入端和一个控制信号输出端，
监测电路共有：两个心跳信号输入端和一个数据信号输出端，
单片机共有：一个配置信号输出端，一个控制信号输入端，一个数据信号输入端和一个数据信号输入输出端；
CAN编解码模块的数据信号输入输出端与路由电路的第一数据端连接，
485编解码模块的数据信号输入输出端与路由电路的第二数据端连接，
422编解码模块的数据信号输入输出端与路由电路的第三数据端连接，
路由电路的心跳信号输出端与监测电路的第一心跳信号输入端连接，
路由电路的第四数据信号输入输出端与状态控制电路的第一数据信号输入输出端连接，
路由电路的第五数据信号输入输出端与信号转换电路的第一数据信号输入输出端连接，
信号转换电路的缓存信号端与第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器的缓存信号端连接，
信号转换电路的第二数据信号输入输出端与SpaceWire编译码IP核的数据信号输入输出端连接，
信号转换电路的第三数据信号输入输出端与状态控制电路的数据信号输入输出端连接，
信号转换电路的心跳信号输出端与监测电路的第二心跳信号输入端连接，
监测电路的数据信号输出端与状态控制电路的数据信号输入端连接，
状态控制电路的控制信号输出端与单片机的控制信号输入端连接，
单片机的数据信号输入端与FLASH内存的数据信号输出端连接，
单片机的数据信号输入输出端与静态随机存储器的数据信号输入输出端连接，
单片机的配置信号输出端与FPGA配置端口连接。
本发明的优点是：通过将不同总线信号与SpaceWire信号进行相互转换，简化了卫星的线路结构，降低设计成本，使卫星综合电子系统达到高度集成性和综合性，促进资源共享，信息融合。且结构简单，易于实现，具有可重构容错特性。本发明通过将SpaceWire信号与CAN信号、485信号和422信号之间相互转换增加设备间的兼容性，从而促进航天电路的模块化设计。
附图说明
图1为星载电子系统接口转换模块的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的星载电子系统接口转换模块，它包括基于静态随机存储器的FPGA模块1、第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器2、单片机3、静态随机存储器4和FLASH内存5，所述的基于静态随机存储器的FPGA模块1包括SpaceWire编译码IP核1-1、信号转换电路1-2、路由电路1-3、CAN编解码模块1-4、485编解码模块1-5、422编解码模块1-6、状态控制电路1-7、监测电路1-8和FPGA配置端口1-9，
信号转换电路1-2共有：三个数据信号输入输出端、一个心跳信号输出端和一个缓存信号端，
路由电路1-3共有：五个数据信号输入输出端和一个心跳信号输出端，
状态控制电路1-7共有：两个数据信号输入输出端、一个数据信号输入端和一个控制信号输出端，
监测电路1-8共有：两个心跳信号输入端和一个数据信号输出端，
单片机3共有：一个配置信号输出端，一个控制信号输入端，一个数据信号输入端和一个数据信号输入输出端；
CAN编解码模块1-4的数据信号输入输出端与路由电路1-3的第一数据端连接，
485编解码模块1-5的数据信号输入输出端与路由电路1-3的第二数据端连接，
422编解码模块1-6的数据信号输入输出端与路由电路1-3的第三数据端连接，
路由电路1-3的心跳信号输出端与监测电路1-8的第一心跳信号输入端连接，
路由电路1-3的第四数据信号输入输出端与状态控制电路1-7的第一数据信号输入输出端连接，
路由电路1-3的第五数据信号输入输出端与信号转换电路1-2的第一数据信号输入输出端连接，
信号转换电路1-2的缓存信号端与第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器2的缓存信号端连接，
信号转换电路1-2的第二数据信号输入输出端与SpaceWire编译码IP核1-1的数据信号输入输出端连接，
信号转换电路1-2的第三数据信号输入输出端与状态控制电路1-7的数据信号输入输出端连接，
信号转换电路1-2的心跳信号输出端与监测电路1-8的第二心跳信号输入端连接，
监测电路1-8的数据信号输出端与状态控制电路1-7的数据信号输入端连接，
状态控制电路1-7的控制信号输出端与单片机3的控制信号输入端连接，
单片机3的数据信号输入端与FLASH内存5的数据信号输出端连接，
单片机3的数据信号输入输出端与静态随机存储器4的数据信号输入输出端连接，
单片机3的配置信号输出端与FPGA配置端口1-9连接。
本实施方式的基于静态随机存储器的FPGA模块1选用Xilinx公司的XC4VFX12，基于基于静态随机存储器的FPGA模块1内部电路逻辑全部由硬件描述语言配置实现，上电之后，单片机3读取预存在FLASH内存5中的配置文件，通过FPGA配置端口1-9配置基于基于静态随机存储器的FPGA模块1。在数据转换和传输的过程中，信号转换电路1-2和路由电路1-3是最关键的两个功能部分，因此在运行的过程中，它们会通过I/O口不断输出一定周期和脉宽的脉冲信号，即心跳信号，由监测电路1-8时刻监测是否存在异常。如果发现输出的脉冲信号常高、常低或周期不规律，则说明健康状态异常，此时监测电路1-8将该异常报告给状态控制电路1-7，状态控制电路1-7向片外单片机3发出控制信号,命令单片机3读取FLASH内存5中的配置码流，通过FPGA配置端口1-9重新配置FPGA。
具体实施方式二、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的星载电子系统接口转换模块的区别在于，它还包括CAN控制器6，所述的CAN控制器6的数据信号输入输出端与CAN编解码模块1-4的数据信号输入输出端连接。
本实施方式的CAN数据流经过SJA1000对码率、时钟分频等参数的设定，输入到片内CAN编解码模块1-4，解码得到CAN数据帧，传输给路由电路1-3，路由电路1-3分配端口，传递到信号转换电路1-2，信号转换电路1-2将CAN数据帧转换成符合SpaceWire协议规定的数据帧，最后通过SpaceWire编译码IP核1-1编码输出。
SpaceWire数据流输入到片内SpaceWire编译码IP核1-1，经解码，由信号转换电路1-2取出有效数据，转换成CAN数据帧，经过路由电路1-3分配给CAN接口电路输出。其中，为了匹配高速码率和低速码率，用第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器2进行数据的缓存。
具体实施方式三、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的星载电子系统接口转换模块的区别在于，它还包括第一数字集成电路7，所述的第一数字集成电路7的数据信号输入输出端与485编解码模块1-5的数据信号输入输出端连接。
具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式三所述的星载电子系统接口转换模块的区别在于，第一数字集成电路7为MAXII3485芯片。
485数据流经过MAXII3485芯片对码率、时钟分频等参数的设定，输入到片内485编解码模块1-5，解码得到485数据帧，传输给路由电路1-3，路由电路1-3分配端口，传递到信号转换电路1-2，信号转换电路1-2将485数据帧转换成符合SpaceWire协议规定的数据帧，最后通过SpaceWire编译码IP核1-1编码输出。
SpaceWire数据流输入到片内SpaceWire编译码IP核1-1，经解码，由信号转换电路1-2取出有效数据，转换成485数据帧，经过路由电路1-3分配给485编解码模块1-5输出。其中，为了匹配高速码率和低速码率，用第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器2进行数据的缓存。
具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式一所述的星载电子系统接口转换模块的区别在于，单片机3为8031单片机。
具体实施方式六、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的星载电子系统接口转换模块的区别在于，它还包括第二数字集成电路8，所述的第二数字集成电路8的数据信号输入输出端与422编解码模块1-6的数据信号输入输出端连接。
具体实施方式七、本实施方式与具体实施方式六所述的星载电子系统接口转换模块的区别在于，第二数字集成电路8为MAXII3485芯片。
422数据流经过MAXII3485芯片对码率、时钟分频等参数的设定，输入到片内422编解码模块1-6，解码得到422数据帧，传输给路由电路1-3，路由电路1-3分配端口，传递到信号转换电路1-2，信号转换电路1-2将422数据帧转换成符合SpaceWire协议规定的数据帧，最后通过SpaceWire编译码IP核1-1编码输出。
SpaceWire数据流输入到片内SpaceWire编译码IP核1-1，经解码，由信号转换电路1-2取出有效数据，转换成422数据帧，经过路由电路1-3分配给422编解码模块1-6输出。其中，为了匹配高速码率和低速码率，用第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器2进行数据的缓存。
Claims (7)
1.星载电子系统接口转换模块，其特征在于：它包括基于静态随机存储器的FPGA模块(1)、第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器(2)、单片机(3)、静态随机存储器(4)和FLASH内存(5)，所述的基于静态随机存储器的FPGA模块(1)包括SpaceWire编译码IP核(1-1)、信号转换电路(1-2)、路由电路(1-3)、CAN编解码模块(1-4)、485编解码模块(1-5)、422编解码模块(1-6)、状态控制电路(1-7)、监测电路(1-8)和FPGA配置端口(1-9)，
信号转换电路(1-2)共有：三个数据信号输入输出端、一个心跳信号输出端和一个缓存信号端，
路由电路(1-3)共有：五个数据信号输入输出端和一个心跳信号输出端，
状态控制电路(1-7)共有：两个数据信号输入输出端、一个数据信号输入端和一个控制信号输出端，
监测电路(1-8)共有：两个心跳信号输入端和一个数据信号输出端，
单片机(3)共有：一个配置信号输出端，一个控制信号输入端，一个数据信号输入端和一个数据信号输入输出端；
CAN编解码模块(1-4)的数据信号输入输出端与路由电路(1-3)的第一数据端连接，
485编解码模块(1-5)的数据信号输入输出端与路由电路(1-3)的第二数据端连接，
422编解码模块(1-6)的数据信号输入输出端与路由电路(1-3)的第三数据端连接，
路由电路(1-3)的心跳信号输出端与监测电路(1-8)的第一心跳信号输入端连接，
路由电路(1-3)的第四数据信号输入输出端与状态控制电路(1-7)的第一数据信号输入输出端连接，
路由电路(1-3)的第五数据信号输入输出端与信号转换电路(1-2)的第一数据信号输入输出端连接，
信号转换电路(1-2)的缓存信号端与第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器(2)的缓存信号端连接，
信号转换电路(1-2)的第二数据信号输入输出端与SpaceWire编译码IP核(1-1)的数据信号输入输出端连接，
信号转换电路(1-2)的第三数据信号输入输出端与状态控制电路(1-7)的数据信号输入输出端连接，
信号转换电路(1-2)的心跳信号输出端与监测电路(1-8)的第二心跳信号输入端连接，
监测电路(1-8)的数据信号输出端与状态控制电路(1-7)的数据信号输入端连接，
状态控制电路(1-7)的控制信号输出端与单片机(3)的控制信号输入端连接，
单片机(3)的数据信号输入端与FLASH内存(5)的数据信号输出端连接，
单片机(3)的数据信号输入输出端与静态随机存储器(4)的数据信号输入输出端连接，
单片机(3)的配置信号输出端与FPGA配置端口(1-9)连接。
2.根据权利要求1所述的星载电子系统接口转换模块，其特征在于：它还包括CAN控制器(6)，所述的CAN控制器(6)的数据信号输入输出端与CAN编解码模块(1-4)的数据信号输入输出端连接。
3.根据权利要求1所述的星载电子系统接口转换模块，其特征在于：它还包括第一数字集成电路(7)，所述的第一数字集成电路(7)的数据信号输入输出端与485编解码模块(1-5)的数据信号输入输出端连接。
4.根据权利要求3所述的星载电子系统接口转换模块，其特征在于：第一数字集成电路(7)为MAXII3485芯片。
5.根据权利要求1所述的星载电子系统接口转换模块，其特征在于：单片机(3)为8031单片机。
6.根据权利要求1所述的星载电子系统接口转换模块，其特征在于：它还包括第二数字集成电路(8)，所述的第二数字集成电路(8)的数据信号输入输出端与422编解码模块(1-6)的数据信号输入输出端连接。
7.根据权利要求6所述的星载电子系统接口转换模块，其特征在于：第二数字集成电路(8)为MAXII3485芯片。
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