CN116418388A - 星载高速串行接口可靠性传输方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种星载高速串行接口可靠性传输方法，该方法可实时监测链路同步状态，实现数据的可靠接收；本申请传输方法的错误接收概率为2‑56，一小时错误接收次数为4.996×10‑6次(远小于1次)，在实际工程测试中，采用本申请方法可以极大改善数据错误接收问题。
Description
技术领域
本申请涉及通信传输领域，具体地，涉及一种星载高速串行接口可靠性传输方法。
背景技术
GTX/GTH收发器是用于FPGA之间或FPGA与SerDes芯片之间的一种高速串行数据传输接口，单个GTX串行收发器可支持500Mbps～12.5Gbps传输速率，GTH串行收发器最高可支持13.1Gbps。在Xilinx Virtex-5/6/7、Kintex-7等系列FPGA中均内置有GTX/GTH串行收发器硬件电路资源。在使用时仅提供外部参考时钟即可，不需要额外的硬件资源，降低了设计复杂度且节约单板布局面积，非常适合星载高集成度一体化设备的高速数据传输。
在使用GTX/GTH收发器进行软件设计时，一种常用方法是通过TransceiversWizard IP核进行收发器传输协议、线速率、编码方式等参数配置。“Start from Scratch”协议是一种仅通过串行/解串、编解码等方式传输的简单高效的传输协议，也是目前星载设备高速串行收发器常用协议。发送端FPGA发送预处理模块将载荷数据按照协议约定格式按将数据发送给GTX/GTH收发器发送IP核，无有效载荷数据时发送同步码保证链路处于同步状态。接收端GTX/GTH收发器接收IP核经过数据解串、解码恢复出并行数据，数据接收端根据传输协议约定从中解析出载荷数据用于后端数据处理。但当发送端处于不发送状态时，链路处于失步状态，收发器接收IP核解串、解码后的数据处于无序状态，可能会导致数据接收模块数据恢复异常。为解决此问题，目前常用的方法为通过控制指令选择数据是否接收，但是此种方法增加了整星控制复杂度。
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请实施例提供一种星载高速串行接口可靠性传输方法。
第一方面，提供一种星载高速串行接口可靠性传输方法，应用于接收设备的数据接收模块，包括：
在发送设备未开机时，数据接收模块保持在初始接收状态S0；
在发送设备开机后，数据接收模块在检测到链路数据连续多次为同步码后，数据接收模块跳转至链路同步状态S3，等待接收数据；
当发送设备开始发送数据后，数据接收模块在链路同步状态S3检测到链路数据为协议帧头后，数据接收模块跳转至数据接收状态S4，并在判断链路数据的并行数据标识位为有效数据标识时，开始接收数据；数据接收模块在判断链路数据的并行数据标识位为非有效数据标识时，退出数据接收状态S4，返回链路同步状态S3，等待接收下一包数据；
当发送设备关机后，数据接收模块从链路同步状态S3经链路失步检测1状态S5、链路失步检测2状态S6返回至初始接收状态S0。
在一个实施例中，数据接收模块在检测到链路数据连续多次为同步码后，数据接收模块跳转至链路同步状态S3，等待接收数据，包括：
软件上电后，数据接收模块处于初始接收状态S0，持续监测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，则数据接收模块进入链路同步检测1状态S1，否则，数据接收模块保持在初始接收状态S0；
数据接收模块在链路同步检测1状态S1再次检测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，数据接收模块进入链路同步检测2状态S2，否则，数据接收模块返回至初始接收状态S0；
数据接收模块在链路同步检测2状态S2第三次检测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，数据接收模块进入链路同步状态S3，等待接收数据；否则，数据接收模块返回至初始接收状态S0。
在一个实施例中，方法还包括：数据接收模块在链路同步状态S3继续检测链路数据，若链路数据持续为同步码，则判定链路为稳定同步状态，数据接收模块保持在链路同步状态S3，否则，数据接收模块进入链路失步检测1状态S5，此时判定链路异常。
在一个实施例中，方法还包括：
数据接收模块在链路失步检测1状态S5检测链路数据，若链路数据为同步码，则数据接收模块进入链路同步状态S3，否则，数据接收模块进入链路失步检测2状态S6；
数据接收模块在链路失步检测2状态S6再次检测链路数据，若链路数据为同步码，则数据接收模块进入链路同步状态S3，否则，数据接收模块进入初始接收状态S0，判定此时链路失锁。
第二方面，提供一种星载高速串行接口接收端，包括：GTX/GTH收发器接收端和数据接收模块，数据接收模块用于实现权利要求1-4中任一权利要求的星载高速串行接口可靠性传输方法。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请的星载高速串行接口可靠性传输方法，可实时监测链路同步状态，实现数据的可靠接收；本申请传输方法的错误接收概率为2-56，一小时错误接收次数为4.996×10-6次(远小于1次)，在实际工程测试中，采用本申请方法可以极大改善数据错误接收问题。
附图说明
本申请可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：
图1示出了高速GTX/GTH收发器传输原理图；
图2示出了GTX/GTH收发器链路传输协议；
图3示出了根据本申请实施例的星载高速串行接口可靠性传输方法的状态转移图；
图4示出了异常输入接收时序图；
图5示出了正常输入接收时序图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本申请的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的装置结构，而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应理解的是，本申请并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。
图1示出了高速GTX/GTH收发器传输原理图。高速GTX/GTH收发器传输方案包括发送设备、传输电缆或PCB走线和接收设备。发送设备的GTH发送预处理模块在上电初期需先持续发送一段同步码用于接收端的链路同步，之后将载荷数据按照协议约定格式将数据发送给GTX/GTH收发器发送端的发送IP核。当无载荷数据时需持续发送同步码使链路处于同步状态，GTX/GTH收发器发送端将链路数据编码、串化后经板级PCB走线或设备间同轴电缆发送至接收设备。接收设备的GTX/GTH收发器接收端将接收的串行数据进行解串、解码等操作后输出n比特并行数据标识信号RX_charisk(n-1:0)和8*n比特并行数据RX_data(8*n-1:0)(n＝2，4或8)。之后数据接收模块根据链路协议，通过判断帧头和帧尾解析出有效载荷数据输出给其他数据处理模块。GTX/GTH串行收发器按2Byte传输，即n＝2时，数据传输协议时序如图2所示。
本申请实施例提供一种星载高速串行接口可靠性传输方法，应用于接收设备的数据接收模块，图3示出了根据本申请实施例的星载高速串行接口可靠性传输方法的状态转移图，方法包括：
步骤S11，在发送设备未开机时，数据接收模块保持在初始接收状态S0；
步骤S12，在发送设备开机后，数据接收模块在检测到链路数据连续多次为同步码后，数据接收模块跳转至链路同步状态S3，等待接收数据；
步骤S13，当发送设备开始发送数据后，数据接收模块在链路同步状态S3检测到链路数据为协议帧头后，数据接收模块跳转至数据接收状态S4，并在判断链路数据的并行数据标识位为有效数据标识时，说明此时链路数据为有效载荷数据，开始接收数据；数据接收模块在判断链路数据的并行数据标识位为非有效数据标识时，则判定一包数据传输结束，完成数据接收，退出数据接收状态S4，返回链路同步状态S3，等待接收下一包数据；
当发送设备关机后，数据接收模块从链路同步状态S3经链路失步检测1状态S5、链路失步检测2状态S6返回至初始接收状态S0。该实施例中的星载高速串行接口可靠性传输方法可实时监测链路同步状态，实现数据的可靠接收；图4示出了异常输入接收时序图，图5示出了正常输入接收时序图，根据图4可知，当链路中出现伪协议帧头时，根据本申请方法可以有效规避数据错误接收，仅在链路稳定时接收协议数据。
具体地，步骤S12中数据接收模块在检测到链路数据连续多次为同步码后，数据接收模块跳转至链路同步状态S3，等待接收数据，可以包括：
步骤S121，软件上电后，数据接收模块处于初始接收状态S0，持续监测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，则数据接收模块进入链路同步检测1状态S1，否则，数据接收模块保持在初始接收状态S0；
步骤S122，数据接收模块在链路同步检测1状态S1再次检测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，数据接收模块进入链路同步检测2状态S2，否则，判断链路同步检测1状态S1为伪同步状态，数据接收模块返回至初始接收状态S0；
步骤S123，数据接收模块在链路同步检测2状态S2第三次检测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，即链路数据连续三次均为同步码，数据接收模块进入链路同步状态S3，等待接收数据；否则，判定前两次同步状态均为伪同步状态，数据接收模块返回至初始接收状态S0。
进一步地，星载高速串行接口可靠性传输方法还包括：
数据接收模块在链路同步状态S3继续检测链路数据，若链路数据持续为同步码，则判定链路为稳定同步状态，数据接收模块保持在链路同步状态S3，否则，数据接收模块进入链路失步检测1状态S5，此时判定链路异常。
在一个实施例中，星载高速串行接口可靠性传输方法还包括：
数据接收模块在链路失步检测1状态S5检测链路数据，若链路数据为同步码，则数据接收模块进入链路同步状态S3，判断链路异常1次后又恢复同步状态；否则，数据接收模块进入链路失步检测2状态S6，判定此时链路连续异常2次；
数据接收模块在链路失步检测2状态S6再次检测链路数据，若链路数据为同步码，则数据接收模块进入链路同步状态S3，判断链路异常2次后又恢复同步状态；否则，数据接收模块进入初始接收状态S0，判定此时链路失锁，需要重新同步链路。即链路在同步状态下容错机制最多允许出现连续两次异常状态，当连续三次均为异常状态时，判断链路失锁。
在另一实施例中，星载高速串行接口可靠性传输方法，包括：
步骤S21，软件上电后，数据接收模块处于初始接收状态S0，持续监测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，则数据接收模块进入链路同步检测1状态S1，否则，数据接收模块保持在初始接收状态S0；
步骤S22，数据接收模块在链路同步检测1状态S1再次检测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，数据接收模块进入链路同步检测2状态S2，否则，判断链路同步检测1状态S1为伪同步状态，数据接收模块返回至初始接收状态S0；
步骤S23，数据接收模块在链路同步检测2状态S2第三次检测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，即链路数据连续三次均为同步码，数据接收模块进入链路同步状态S3，等待接收数据；否则，判定前两次同步状态均为伪同步状态，数据接收模块返回至初始接收状态S0。
步骤S24，当发送设备开始发送数据后，数据接收模块在链路同步状态S3继续检测链路数据，若链路数据持续为同步码，则判定链路为稳定同步状态，数据接收模块保持在链路同步状态S3，否则，数据接收模块进入链路失步检测1状态S5，此时判定链路异常；
步骤S25，数据接收模块在链路同步状态S3检测到链路数据为协议帧头后，数据接收模块跳转至数据接收状态S4，并在判断链路数据的并行数据标识位为有效数据标识时，说明此时链路数据为有效载荷数据，开始接收数据；数据接收模块在判断链路数据的并行数据标识位为非有效数据标识时，则判定一包数据传输结束，完成数据接收，退出数据接收状态S4，返回链路同步状态S3，等待接收下一包数据；
步骤S26，数据接收模块在链路失步检测1状态S5检测链路数据，若链路数据为同步码，则数据接收模块进入链路同步状态S3，判断链路异常1次后又恢复同步状态；否则，数据接收模块进入链路失步检测2状态S6，判定此时链路连续异常2次；
步骤S27，数据接收模块在链路失步检测2状态S6再次检测链路数据，若链路数据为同步码，则数据接收模块进入链路同步状态S3，判断链路异常2次后又恢复同步状态；否则，数据接收模块进入初始接收状态S0，判定此时链路失锁，需要重新同步链路。即链路在同步状态下容错机制最多允许出现连续两次异常状态，当连续三次均为异常状态时，判断链路失锁。
第二方面，本申请实施例还提供一种星载高速串行接口接收端，包括：GTX/GTH收发器接收端和数据接收模块，GTX/GTH收发器接收端将接收的串行数据进行解串、解码等操作后输出n比特并行数据标识信号RX_charisk(n-1:0)和8*n比特并行数据RX_data(8*n-1:0)(n＝2，4或8)；数据接收模块用于实现上述实施例中的星载高速串行接口可靠性传输方法。
采用本申请实施例提供的星载高速串行接口可靠性传输方法，经计算，当收发器线速率为2Gbps，采用8b10b编码方式，LineWidth(线位宽)为2Byte传输时，现有接收方法的数据错误接收概率为2-20，一小时错误接收次数为343323次。采用本申请方法的错误接收概率为2-56，一小时错误接收次数为4.996×10-6次(远小于1次)。在实际工程测试中，未出现数据错误接收情况。采用本申请方法可以极大改善数据错误接收问题。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种星载高速串行接口可靠性传输方法，应用于接收设备的数据接收模块，其特征在于，包括：
在发送设备未开机时，所述数据接收模块保持在初始接收状态S0；
在发送设备开机后，所述数据接收模块在检测到链路数据连续多次为同步码后，所述数据接收模块跳转至链路同步状态S3，等待接收数据；
当发送设备开始发送数据后，所述数据接收模块在链路同步状态S3检测到链路数据为协议帧头后，所述数据接收模块跳转至数据接收状态S4，并在判断链路数据的并行数据标识位为有效数据标识时，开始接收数据；所述数据接收模块在判断链路数据的并行数据标识位为非有效数据标识时，退出数据接收状态S4，返回链路同步状态S3，等待接收下一包数据；
当发送设备关机后，所述数据接收模块从链路同步状态S3经链路失步检测1状态S5、链路失步检测2状态S6返回至初始接收状态S0。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述数据接收模块在检测到链路数据连续多次为同步码后，所述数据接收模块跳转至链路同步状态S3，等待接收数据，包括：
软件上电后，所述数据接收模块处于初始接收状态S0，持续监测链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，则所述数据接收模块进入链路同步检测1状态S1，否则，所述数据接收模块保持在初始接收状态S0；
所述数据接收模块在链路同步检测1状态S1再次检测所述链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，所述数据接收模块进入链路同步检测2状态S2，否则，所述数据接收模块返回至初始接收状态S0；
所述数据接收模块在链路同步检测2状态S2第三次检测所述链路数据中的并行数据标识位和并行数据是否为同步码，若为同步码，所述数据接收模块进入链路同步状态S3，等待接收数据；否则，所述数据接收模块返回至初始接收状态S0。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述数据接收模块在链路同步状态S3继续检测链路数据，若链路数据持续为同步码，则判定链路为稳定同步状态，所述数据接收模块保持在链路同步状态S3，否则，所述数据接收模块进入链路失步检测1状态S5，此时判定链路异常。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
所述数据接收模块在链路失步检测1状态S5检测链路数据，若链路数据为同步码，则所述数据接收模块进入链路同步状态S3，否则，所述数据接收模块进入链路失步检测2状态S6；
所述数据接收模块在链路失步检测2状态S6再次检测链路数据，若链路数据为同步码，则所述数据接收模块进入链路同步状态S3，否则，所述数据接收模块进入初始接收状态S0，判定此时链路失锁。
5.一种星载高速串行接口接收端，其特征在于，包括：GTX/GTH收发器接收端和数据接收模块，所述数据接收模块用于实现权利要求1-4中任一权利要求所述的星载高速串行接口可靠性传输方法。
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