CN113177009B - 一种用于深空探测器的多接口复用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深空探测器的多接口复用方法包括S1：接收模式选择指令，将数据写入缓存FIFO；S2：待缓存FIFO接收的数据达到阈值后，输出启用信号至组帧/接收模块；S3：输出仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到仲裁赋权信号；S4：读出缓存FIFO内的数据并传输至复接模块；S5：待数据输送完成后，停止数据传输；S6：重复步骤S1至S5，实现数据的持续输送。本发明基于可配置的模板设计，需要修改接口数量时只需修改参数定义；支持CADU长帧、CADU短帧、位流组帧三种模式的混合传输，对测控数传一体化提供更好的支持；支持多个去向的数据复接管理，对探测器的实时数据和延时数据管理提供更好的支持；支持高可靠的反熔丝FPGA实现，提高探测器数据管理的可靠性。

Description

一种用于深空探测器的多接口复用方法及系统

技术领域

本发明属于深空探测领域，尤其涉及一种用于深空探测器的多接口复用方法及系统。

背景技术

多接口管理功能是航天器数据管理系统的重要功能，具有对有效载荷数据的接收、复接、流向控制功能，通常由FPGA软件实现。在近地轨道航天器的设计中，由于平台电子系统的重量、功耗预算较大，且航天器的作业方式可由地面遥控管理，多接口管理功能通常具有以下特点：1)载荷接口数量较少；2)数据协议和数据流向固定；3)测控链路和数传链路分开；4)采用资源丰富的SRAM型FPGA实现。

而在深空探测中，由于探测器需要工作在远离地球的轨道上，探测器平台的重量、功耗预算较小，探测器携带的载荷类型相对于近地轨道航天器更为多样，且由于测控链路延时巨大，探测数据管理难以通过地面控制，需要由探测器自主管理，因此现有的多接口管理功能难以满足深空探测的需求：1)不同的探测器需要携带的载荷数量、载荷类型、接口类型不同，在设计接口管理软件时，通常需要针对不同的探测器进行修改，开发周期较长；2)深空探测器的重量功耗预算有限，通常需要实现测控数传链路一体化的需求；3)考虑探测器的工作寿命、可靠性和低功耗的要求，需要基于反熔丝FPGA实现上述功能等技术限制或技术问题。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种用于深空探测器的多接口复用方法，包括如下步骤：

S1：接收模式选择指令，将从若干个接口输入的数据写入相对应的缓存FIFO；

S2：待缓存FIFO接收的数据达到阈值后，输出启用信号至组帧/接收模块；

S3：根据启用信号，输出仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到仲裁赋权信号；

S4：根据仲裁赋权信号，读出缓存FIFO内的数据并传输至复接模块；

S5：待仲裁赋权信号所对应的数据从缓存FIFO向复接模块输送完成后，输出仲裁清除信号至复接模块，以停止当前数据传输；

S6：重复步骤S1至S5，从而实现数据的持续输送。

其中，模式选择指令包括：CADU模式指令和位流模式指令；其中，

CADU模式指令包括CADU长帧接收模式指令、CADU短帧接收模式指令、CADU长帧组帧模式指令和CADU短帧组帧模式指令；

位流模式指令为位流组帧模式指令。

具体地，在步骤S1中，

接收CADU长帧接收模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的缓存FIFO；

或接收CADU短帧接收模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的缓存FIFO；

或接收CADU长帧组帧模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的缓存FIFO；

或接收CADU短帧组帧模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的缓存FIFO；

或接收位流组帧模式指令，将数据写入相对应的缓存FIFO。

具体地，在步骤S2中，待缓存FIFO接收的数据达到阈值后，

基于CADU长帧接收模式指令，发送长帧接收启动信号至组帧/接收模块；

或基于CADU短帧接收模式指令，发送短帧接收启动信号至组帧/接收模块；

或基于CADU长帧组帧模式指令，发送长帧组帧启动信号至组帧/接收模块；

或基于CADU短帧组帧模式指令，发送短帧组帧启动信号至组帧/接收模块；

或基于位流组帧模式指令，发送位流组帧启动信号至组帧/接收模块。

具体地，在步骤S3中，

根据长帧接收启动信号，输出长帧接收仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到长帧接收仲裁赋权信号；

根据短帧接收启动信号，输出短帧接收仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到短帧接收仲裁赋权信号；

根据长帧组帧启动信号，输出长帧组帧仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到长帧组帧仲裁赋权信号；

根据短帧组帧启动信号，输出短帧组帧仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到短帧组帧仲裁赋权信号；

根据位流组帧启动信号，输出位流组帧仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到位流组帧仲裁赋权信号。

具体地，在步骤S4中，

根据长帧接收仲裁赋权信号，以CADU长帧的长度读出相对应的缓存FIFO内的数据并传输至复接模块；

或根据短帧接收仲裁赋权信号，以CADU短帧的长度读出相对应的缓存FIFO内的数据并传输至复接模块；

或根据长帧组帧仲裁赋权信号，以CADU长帧的帧格式读出相对应的缓存FIFO内的数据并组帧、传输至复接模块；

或根据短帧组帧仲裁赋权信号，以CADU短帧的帧格式读出相对应的缓存FIFO内的数据并组帧、传输至复接模块；

或根据位流组帧仲裁赋权信号，读出相对应的缓存FIFO内的数据并传输至复接模块。

一种用于深空探测器的多接口复用系统，应用于如上述任意一项的用于深空探测器的多接口复用方法，包括：接收缓存模块、组帧/接收模块和复接模块；

接收缓存模块用于从若干外部接口接收模式选择指令，并将外部输入的数据写入其内部的缓存FIFO；

组帧/接收模块用于接收接收缓存模块输出的启用信号，输出仲裁请求信号至复接模块，并读出缓存FIFO内的数据传输至复接模块；

待数据完全传输后，组帧/接收模块还用于输出仲裁清除信号至复接模块，以停止数据传输；

复接模块用于接收仲裁请求信号，并输出仲裁赋权信号至组帧/接收模块。

具体地，复接模块包括长帧通道和短帧通道，用于分别接收长帧和短帧数据；其中，长帧通道和短帧通道为相互独立的数据流向通道，长帧通道和短帧通道的优先级调度和数据复接相互独立。

进一步优选地，复接模块还包括与长帧通道和短帧通道相对应设置的仲裁悬挂寄存器，仲裁悬挂寄存器用于接收仲裁请求信号并进行锁存，向复接模块提供仲裁请求信号查询以进行数据处理。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明基于可配置的模板设计，需要修改接口数量时只需修改参数定义；

2)本发明支持CADU长帧、CADU短帧、位流组帧三种模式的混合传输，对测控数传一体化提供更好的支持；

3)本发明支持多个去向的数据复接管理，对探测器的实时数据和延时数据管理提供更好的支持；

4)本发明支持高可靠的反熔丝FPGA实现，提高了探测器数据管理的可靠性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种用于深空探测器的多接口复用方法的流程示意图；

图2为本发明的一种用于深空探测器的多接口复用系统的原理框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于深空探测器的多接口复用方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1，本实施例提供一种用于深空探测器的多接口复用方法，包括如下步骤

首先，在步骤S1中，接收模式选择指令，以此选择合适的工作模式，然后将数据从外部接口输入并写入相对应的缓存FIFO中。具体地，模式选择指令包括：CADU模式指令和位流模式指令，当工作在CADU模式时，支持长帧和短帧两种数据传输模式。其中，CADU模式指令包括CADU长帧接收模式指令、CADU短帧接收模式指令、CADU长帧组帧模式指令和CADU短帧组帧模式指令，位流模式指令为位流组帧模式指令。

具体地，在步骤S1中，接收缓存模块与不同的外部接口实现信号连接，以接收各种模式指令及其相对应的数据。外部接口包括：着陆器数据接口、环绕器数据接口、第一载荷控制器接口和第二载荷器接口。着陆器数据接口和环绕器数据接口可以发送CADU长帧接收模式指令、CADU短帧接收模式指令、CADU长帧组帧模式指令和CADU短帧组帧模式指令，以及各模式指令所相对应的数据。第一载荷控制器接口可以发送位流组帧模式指令及其相对应的数据，第二载荷控制器接口可以发送CADU长帧接收模式指令和CADU长帧组帧模式指令，以及两者指令所对应的数据，具体可参看表1。

表1本实施输入接口信息表

当接收缓存模块接收到CADU长帧接收模式指令后，将符合协议格式(CADU长帧)的数据写入相对应的缓存FIFO，对不符合协议格式的数据则直接丢弃。当接收缓存模块接收到CADU短帧接收模式指令后，将符合协议格式(CADU短帧)的数据写入相对应的缓存FIFO，对不符合协议格式的数据则直接丢弃。当接收缓存模块接收到CADU长帧组帧模式指令后，将符合协议格式(CADU长帧)的数据写入相对应的缓存FIFO，对不符合协议格式的数据则直接丢弃。当接收缓存模块接收到CADU短帧组帧模式指令后，将符合协议格式(CADU短帧)的数据写入相对应的缓存FIFO，对不符合协议格式的数据则直接丢弃。当接收缓存模块接收到位流组帧模式指令后，将所有数据写入相对应的缓存FIFO，不进行数据丢弃。

接着，在步骤S2中，当缓存FIFO中的数据达到阈值后，接收CADU长帧接收模式指令的接收缓存模块会发送长帧接收启动信号至组帧/接收模块。当缓存FIFO中的数据达到阈值后，接收CADU短帧接收模式指令的接收缓存模块会发送短帧接收启动信号至组帧/接收模块。当缓存FIFO中的数据达到阈值后，接收CADU长帧组帧模式指令的接收缓存模块会发送长帧组帧启动信号至组帧/接收模块。当缓存FIFO中的数据达到阈值后，接收CADU短帧组帧模式指令的接收缓存模块会发送短帧组帧启动信号至组帧/接收模块。当缓存FIFO中的数据达到阈值后，接收位流组帧模式指令的接收缓存模块会发送位流组帧启动信号至组帧/接收模块。

然后，参看图1，在步骤S3中，根据启用信号，输出仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到仲裁赋权信号。

当组帧/接收模块接收到长帧接收启动信号后，输出长帧接收仲裁请求信号至复接模块，复接模块回馈给组帧/接收模块长帧接收仲裁赋权信号。当组帧/接收模块接收到短帧接收启动信号，输出短帧接收仲裁请求信号至复接模块，复接模块回馈给组帧/接收模块短帧接收仲裁赋权信号。当组帧/接收模块接收到长帧组帧启动信号，输出长帧组帧仲裁请求信号至复接模块，复接模块回馈给组帧/接收模块长帧组帧仲裁赋权信号。当组帧/接收模块接收到短帧组帧启动信号，输出短帧组帧仲裁请求信号至复接模块，复接模块回馈给组帧/接收模块短帧组帧仲裁赋权信号。当组帧/接收模块接收到位流组帧启动信号，输出位流组帧仲裁请求信号至复接模块，复接模块回馈给组帧/接收模块位流组帧仲裁赋权信号。

其次，在步骤S4中，当组帧/接收模块接收到长帧接收仲裁赋权信号后，组帧/接收模块以CADU长帧的长度读出相对应的缓存FIFO内的数据并传输至复接模块。当组帧/接收模块接收到短帧接收仲裁赋权信号后，组帧/接收模块以CADU短帧的长度读出相对应的缓存FIFO内的数据并传输至复接模块。当组帧/接收模块接收到长帧组帧仲裁赋权信号后，组帧/接收模块以CADU长帧的帧格式读出相对应的缓存FIFO内的数据并组帧、传输至复接模块。当组帧/接收模块接收到短帧组帧仲裁赋权信号后，组帧/接收模块以CADU短帧的帧格式读出相对应的缓存FIFO内的数据并组帧、传输至复接模块。当组帧/接收模块接收到位流组帧仲裁赋权信号后，组帧/接收模块读出相对应的缓存FIFO内的数据并传输至复接模块。

进而，在步骤S5中，待当前帧的数据从缓存FIFO向复接模块输送完成后，输出仲裁清除信号至复接模块，以停止数据传输。

最后，在步骤S6中，重复步骤S1至S5，从而实现数据的持续输送。

实施例2

参看图2，本实施例提供一种基于实施例1的用于深空探测器的多接口复用系统，该装置采用如实施例1中任意一项要求的用于深空探测器的多接口复用方法，包括：接收缓存模块、组帧/接收模块和复接模块。本实施例的硬件主要包括反熔丝FPGA，可选用ACTEL公司AX2000-1CQ352M芯片。

接收缓存模块包括多个接收缓存单元，一一与外部接口信号连接，以此接收着陆器、环绕器、第一载荷器和第二载荷器的模式选择指令，并将各模式所对应的数据写入各接收缓存单元内的缓存FIFO。

组帧/接收模块同样包括多个独立的组帧/接收单元，缓存FIFO内的数据到达阈值后，向与之信号连接的组帧/接收单元输出启用信号，具体信号类型已在实施例1中详细说明，在本实施例中不再赘述。组帧/接收单元接收到启用信号后会输出仲裁请求信号至复接模块。在本实施例中，复接模块包括第一复接单元和第二复接单元，第一复接单元用于接收着陆器、环绕器的数据并通过下行通道进行数据下传。第二复接单元用于接收着陆器、环绕器、第一载荷器、第二载荷器的数据，并通过存储通道进行数据存储。第一复接单元和第二复接单元接收仲裁请求信号，并输出仲裁赋权信号返回至组帧/接收模块，通过组帧/接收模块读出缓存FIFO内的数据并直接传输或组帧后传输至复接模块。

待当前帧的数据完全传输后，组帧/接收模块还会输出仲裁清除信号至复接模块，以停止当前帧的数据传输。

具体地，现对复接模块进行详细说明，由于第一复接单元和第二复接单元本质相同，因此以第一复接单元为例。第一复接单元包括长帧通道和短帧通道两个数据流向通道，用于分别接收长帧和短帧数据。其中，长帧通道和短帧通道为相互独立的数据流向通道，长帧通道和短帧通道的优先级调度和数据复接相互独立。

较优地，第一复接单元还包括与长帧通道和短帧通道相对应设置的仲裁悬挂寄存器，仲裁悬挂寄存器用于接收仲裁请求信号并进行锁存，待该数据流向通道中的上一帧处理完毕后(即接收到仲裁清除信号后)，查询仲裁悬挂寄存器，向已悬挂的最高优先级接口发出仲裁赋权信号，从而处理下一帧数据。因此，本实施例中实际的接收缓存模块是在不停地接收数据并存储，然后复接模块通过组帧/接收模块对优先级高的数据进行输送，以此实现数据的持续输送。

本实施例中的各模块全部基于硬件描述语言设计，未采用反熔丝FPGA不支持的底层单元，可以基于反熔丝FPGA实现。

本实施例所实现的数据复接FPGA主要具备以下功能

下行数据和存储数据的流向控制功能：下行数据通道用于探测器对地传输遥测和载荷数据；存储数据通道用于将需要存储的数据传输给探测器的存储器。

平台数据和载荷数据接口管理功能：数据复接FPGA需要将着陆器数据、环绕器数据、第一载荷控制器、第二载荷控制器等载荷或平台数据复接到相应的流向通道上，载荷或平台数据采用CADU长帧、CADU短帧、位流等不同的传输协议。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种用于深空探测器的多接口复用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：接收模式选择指令，将从若干个接口输入的数据写入相对应的缓存FIFO；

S2：待所述缓存FIFO接收的数据达到阈值后，输出启用信号至组帧/接收模块；

S3：根据所述启用信号，输出仲裁请求信号至复接模块，并回馈得到仲裁赋权信号；

S4：根据所述仲裁赋权信号，读出所述缓存FIFO内的数据并传输至所述复接模块；

S5：待所述仲裁赋权信号所对应的数据从所述缓存FIFO向所述复接模块输送完成后，输出仲裁清除信号至所述复接模块，以停止当前数据传输；

S6：重复所述步骤S1至S5，从而实现数据的持续输送；

所述模式选择指令包括：CADU模式指令和位流模式指令；其中，

所述CADU模式指令包括CADU长帧接收模式指令、CADU短帧接收模式指令、CADU长帧组帧模式指令和CADU短帧组帧模式指令；

所述位流模式指令为位流组帧模式指令。

2.根据权利要求1所述的用于深空探测器的多接口复用方法，其特征在于，在所述步骤S1中，

接收所述CADU长帧接收模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的所述缓存FIFO；

或接收所述CADU短帧接收模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的所述缓存FIFO；

或接收所述CADU长帧组帧模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的缓存FIFO；

或接收所述CADU短帧组帧模式指令，将经协议格式筛选得到的数据写入相对应的缓存FIFO；

或接收所述位流组帧模式指令，将数据写入相对应的缓存FIFO。

3.根据权利要求2所述的用于深空探测器的多接口复用方法，其特征在于，在所述步骤S2中，待所述缓存FIFO接收的数据达到阈值后，

基于所述CADU长帧接收模式指令，发送长帧接收启动信号至所述组帧/接收模块；

或基于所述CADU短帧接收模式指令，发送短帧接收启动信号至所述组帧/接收模块；

或基于所述CADU长帧组帧模式指令，发送长帧组帧启动信号至所述组帧/接收模块；

或基于所述CADU短帧组帧模式指令，发送短帧组帧启动信号至所述组帧/接收模块；

或基于所述位流组帧模式指令，发送位流组帧启动信号至所述组帧/接收模块。

4.根据权利要求3所述的用于深空探测器的多接口复用方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

根据所述长帧接收启动信号，输出长帧接收仲裁请求信号至所述复接模块，并回馈得到长帧接收仲裁赋权信号；

根据所述短帧接收启动信号，输出短帧接收仲裁请求信号至所述复接模块，并回馈得到短帧接收仲裁赋权信号；

根据所述长帧组帧启动信号，输出长帧组帧仲裁请求信号至所述复接模块，并回馈得到长帧组帧仲裁赋权信号；

根据所述短帧组帧启动信号，输出短帧组帧仲裁请求信号至所述复接模块，并回馈得到短帧组帧仲裁赋权信号；

根据所述位流组帧启动信号，输出位流组帧仲裁请求信号至所述复接模块，并回馈得到位流组帧仲裁赋权信号。

5.根据权利要求4所述的用于深空探测器的多接口复用方法，其特征在于，在所述步骤S4中，

根据所述长帧接收仲裁赋权信号，以CADU长帧的长度读出相对应的所述缓存FIFO内的数据并传输至所述复接模块；

或根据所述短帧接收仲裁赋权信号，以CADU短帧的长度读出相对应的所述缓存FIFO内的数据并传输至所述复接模块；

或根据所述长帧组帧仲裁赋权信号，以CADU长帧的帧格式读出相对应的所述缓存FIFO内的数据并组帧、传输至所述复接模块；

或根据所述短帧组帧仲裁赋权信号，以CADU短帧的帧格式读出相对应的所述缓存FIFO内的数据并组帧、传输至所述复接模块；

或根据所述位流组帧仲裁赋权信号，读出相对应的所述缓存FIFO内的数据并传输至所述复接模块。

6.一种用于深空探测器的多接口复用系统，其特征在于，应用于如权利要求1至5任意一项所述的用于深空探测器的多接口复用方法，包括：接收缓存模块、组帧/接收模块和复接模块；

所述接收缓存模块用于从若干外部接口接收模式选择指令，并将外部输入的数据写入其内部的缓存FIFO；

所述组帧/接收模块用于接收所述接收缓存模块输出的启用信号，输出仲裁请求信号至所述复接模块，并读出所述缓存FIFO内的数据传输至所述复接模块；

待数据完全传输后，所述组帧/接收模块还用于输出仲裁清除信号至所述复接模块，以停止数据传输；

所述复接模块用于接收所述仲裁请求信号，并输出仲裁赋权信号至所述组帧/接收模块；

其中，所述复接模块包括长帧通道和短帧通道，用于分别接收长帧和短帧数据；其中，所述长帧通道和所述短帧通道为相互独立的数据流向通道，所述长帧通道和所述短帧通道的优先级调度和数据复接相互独立。

7.根据权利要求6所述的用于深空探测器的多接口复用系统，其特征在于，

所述复接模块还包括与所述长帧通道和所述短帧通道相对应设置的仲裁悬挂寄存器，所述仲裁悬挂寄存器用于接收所述仲裁请求信号并进行锁存，向所述复接模块提供所述仲裁请求信号查询以进行数据处理。

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