CN117938574A - 一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核 - Google Patents
一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117938574A CN117938574A CN202410338077.3A CN202410338077A CN117938574A CN 117938574 A CN117938574 A CN 117938574A CN 202410338077 A CN202410338077 A CN 202410338077A CN 117938574 A CN117938574 A CN 117938574A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- module
- bus
- spacewire
- core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 28
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 14
- LHMQDVIHBXWNII-UHFFFAOYSA-N 3-amino-4-methoxy-n-phenylbenzamide Chemical compound C1=C(N)C(OC)=CC=C1C(=O)NC1=CC=CC=C1 LHMQDVIHBXWNII-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 claims 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Communication Control (AREA)
Abstract
本发明公开并提供了一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核。本发明包括PHY模块、数据接收器模块、复合器模块、接收处理模块、发送处理模块、AMBA2.0总线模块、数据发送器模块、链路接口控制模块、寄存器配置管理模块。本发明应用于航天器数据通讯总线的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及航天设备通信总线的技术领域，特别涉及一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核。
背景技术
星载数据总线是航天器中各设备之间完成通信、数据交换和信息共享的通道。随着空间探测的发展，航天器携带的电子设备种类和数量越来越多，而不同设备采用不同接口，导致了设备间互联复杂，数据传输速度存在一定的瓶颈。因而，迫切需要一种高速、可靠、低复杂度的总线技术来解决星载设备互联问题。新型空间电子系统高速串行总线(SpaceWire)是由欧空局2003年推出的，是一种高速、高可靠性、低功耗、点对点、全双工、网络型串行总线。该总线通用性好，兼容高层协议，拓扑结构灵活，采用LVDS技术使其具有很好的EMC特性。特别是在错误检测与故障恢复、系统时钟发布等方面有很强的支持。
现有的SpaceWire总线节点控制器IP核存在如下问题：数据传输总线分为并行、串行两类，与并行总线相比，串行总线的通信距离更长，使用的硬件接口更为简单，体积更小，成本更低，灵活性更高，是航天器系统设计中的首选。目前已经成功应用于航天任务的常用串行通信标准包括：RS-422/RS-485、CAN、1553B、IEEE1394等等。然而随着航天任务复杂度的不断增加，繁多的外围设备之间的数据传输需求已经超过现有外围总线的处理能力。虽然RS-422/RS-485及CAN的最大通信距离超过1km，但是它们存在通信速率慢的问题，同时由于其层次划分较为单一，升级比较困难；1553B同样存在上述问题，同时1553B航空级物理协议芯片BU61580价格过高，采用1553B总线接口将导致航天器系统的设计成本大幅升高。IEEE1394虽然可以支持较高的速率，但是其工作方式为半双工，并且由于其所需电平较高，导致了其传输的功耗较高，并不适合航天器系统使用。针对上述问题，由欧洲宇航局最早提出了Spacewire标准并开始了相关的研发工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核。
本发明所采用的技术方案是：所述用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核包括：
AMBA总线模块，由AHB总线控制模块和APB总线控制模块构成；
两个PHY模块，用于接收信号，对接收到的串行数据DS进行有效的提取，对每一位有效数据生成对应的标志信号；
两个数据接收模块，与两个PHY模块一一对应，对经过PHY模块处理的串行数据进行解码，根据配置信息决定对数据是否进行CRC校验；
复合器模块，对两个数据接收模块送来的数据进行选通处理；
接收处理模块，对复合器模块送来的数据进行目的地址检查、描述符配置检查，检查数据是RMAP格式数据还是常规数据，将检查后正确的数据存入缓存FIFO中，并通过AHB总线控制模块通知上位机将缓存FIFO中的数据取走，转存到上位机存储器中；
寄存器配置模块，通过APB端口与APB总线控制模块连接，负责对节点控制模块进行参数配置，配置内容包括节点地址、发送器时钟频率配置、中断使能、RMAP使能、CRC校验使能；
链路接口控制模块，检测两个数据接收模块与数据发送器模块之间的链路建立正确与否，检测到错误，复位链路，重新建立正确的连接；
发送处理模块，通过AHB总线控制模块把外部上位机分配的发送数据缓存区中的待发送数据取出来，根据配置要求决定是进行常规数据发送，还是进行RMAP协议进行数据发送；
数据发送器模块：将发送处理模块发送过来的待发送数据进行并串转换，并进行DS编码，将数据发送到SpaceWire网络中去。
进一步，MBA总线模块为AMBA2.0总线模块，构成AMBA2.0总线模块的AHB总线和APB总线完全遵从AMBA2.0标准协议要求。
进一步，PHY模块支持以下三种数据恢复机制：自时钟恢复、单时钟沿采样恢复、双时钟沿采样恢复。
进一步，数据发送器模块采用单独的时钟，并可通过寄存器配置模块分频实现需要的时钟频率；同时，数据发送器模块支持单时钟沿发送和双时钟沿发送。
进一步，SpaceWire数据采用Data-Strobe编码发送。
本发明的有益效果是：由于本发明具有如下优点：
1、遵循ECSS-E-ST-50-12C和ECSS-E-ST-50-52C规范；
2、支持的总线通讯速率为可调节的2M位/秒--200M位/秒；
3、硬件逻辑实现信号层(Signal level)、字符层(Character level)、交换层(Exchange level)、数据包层(Packet level)；
4、接收PHY支持3种数据恢复机制：自时钟恢复(self-clocking)、单时钟沿采样恢复(sampling Single Data Rate)、双时钟沿采样恢复(sampling DoubleData Rate)；
5、数据发送器采用单独的时钟，并可通过寄存器配置，分频实现需要的时钟频率。同时，数据发送器支持单时钟沿发送(Single Data Rate)和双时钟沿发送(Double DataRate)；
6、支持将IP配置成1个通路接收发送数据、或是2个通路接收发送数据；
7、SpaceWire数据采用DS(Data-Strobe)编码发送；
8、时间接口模块生成发往SpaceWire网络的系统时钟数据，存储从SpaceWire网络接收到的系统时钟数据；
9、遵从标准的AMBA2.0协议。
附图说明
图1为本发明功能结构框图；
图2为本发明发送数据包读取功能状态机转换图；
图3为本发明读发送FIFO功能状态机转换图；
图4为本发明链路建立功能状态机转换图；
图5为本发明发送功能流程图；
图6为本发明PHY模块工作流程图；
图7为本发明数据接收器模块工作流程图；
图8为本发明接收处理模块状态机转换图；
图9为本发明接收数据包存储状态机转换图。
具体实施方式
下面就结合附图来详述本发明。
如附图1中所示，本发明提供的用于星载设备间通信的高速串行总线节点控制器IP核内各个模块实现的功能主要有：
AMBA总线模块1，由AHB总线控制模块11和APB总线控制模块12构成；
两个PHY模块2，用于接收信号，对接收到的串行数据DS进行有效的提取，对每一位有效数据生成对应的标志信号；
两个数据接收模块3，与两个PHY模块2一一对应，对经过PHY模块2处理的串行数据进行解码，根据配置信息决定对数据是否进行CRC校验；
复合器模块4，对两个数据接收模块3送来的数据进行选通处理；
接收处理模块5，对复合器模块4送来的数据进行目的地址检查、描述符配置检查，检查数据是RMAP格式数据还是常规数据，将检查后正确的数据存入缓存FIFO中，并通过AHB总线控制模块11通知上位机将缓存FIFO中的数据取走，转存到上位机存储器中；
寄存器配置模块6，通过APB端口与APB总线控制模块12连接，负责对节点控制模块进行参数配置，配置内容包括节点地址、发送器时钟频率配置、中断使能、RMAP使能、CRC校验使能；
链路接口控制模块7，检测两个数据接收模块3与数据发送器模块9之间的链路建立正确与否，检测到错误，复位链路，重新建立正确的连接；
发送处理模块8，通过AHB总线控制模块11把外部上位机分配的发送数据缓存区中的待发送数据取出来，根据配置要求决定是进行常规数据发送，还是进行RMAP协议进行数据发送；
数据发送器模块9：将发送处理模块8发送过来的待发送数据进行并串转换，并进行DS编码，将数据发送到SpaceWire网络中去。
通过本发明制做的SpaceWire节点控制器符合ECSS-E-ST-50-12C规范中SpaceWire节点相关协议和ECSS-E-ST-50-52C规范中远程存储访问协议，可以与SpaceWire网络连接，负责数据包的发送和接收，其链路传输速率为可调节的2M位/秒--200M位/秒。本发明发送数据和接收数据的具体工作流程实现如下：
发送数据包处理流程：
发送数据包提取：在配置好相应的寄存器和描述符的情况下，上位机先将待发送数据写入到外部发送缓存中，然后启动发送控制使能信号，发送处理模块通过AMBA总线模块从外部缓存中将数据读出，放入发送缓存FIFO中待发送。
读发送FIFO：将发送缓存FIFO中的数据读出，将数据和数据包结束标志送入发送器模块进行发送
发送器模块功能：发送模块完成SpaceWire链路的建立，在链路处于run状态后，SpaceWire节点控制器即可将读发送FIFO模块送来的并行数据转换成串行数据发送到SpaceWire网络中去。
发送流程中，发送数据包提取功能共有17个状态，状态转换关系如附图2所示。
本发明提供的用于星载设备间通信的高速串行总线节点控制器IP核发送数据读取功能状态机的状态如下表所示：
图2中的状态转换条件说明如下表所示：
发送流程中，读发送FIFO功能共有5个状态，状态转换关系如附图3所示。
本发明提供的用于星载设备间通信的高速串行总线节点控制器IP核，读发送FIFO功能状态机的状态如下表所示：
图3中的状态转换条件说明如下表所示：
发送流程中，链路建立功能共有6个状态，状态转换关系如附图4所示。
本发明提供的SpaceWire节点控制器IP核链路建立功能状态机的状态如下表所示：
图4中的状态转换条件说明如下表所示：
发送器在链路状态处于正常连接run后，发送功能流程如图5所示。首先判断链路是否处于run状态，当链路处于run状态后，检查发送使能是否有效，有效则检查待每一个发送的32bits的数据有效标志是否有效，有效则进行并串转换，依次发送出去，直到一个数据包发送完成。
接收数据包处理流程：
PHY模块功能：对串行输入的DS编码的数据D、S进行恢复，译码出有效的串行数据D和每位串行数据有效标志信号DV。
数据接收器模块：实现串行数据的并串转换，产生4组10bits的数组。
复合器模块：若SpaceWire节点控制器IP核配置成两通路工作模式，则复合器模块依次将两路信号送入接收处理模块进行处理。
接收处理模块：对复合器送来的数据进行目的地址检查、描述符配置检查，检查数据时RMAP格式数据还是常规数据，将检查后正确的数据存入缓存FIFO中，并通过AMBA2.0总线通知上位机将FIFO中的数据取走，转存到外部的接收缓存中。
接收数据包存储：通过AMBA2.0总线将存储在FIFO中的数据转存到外部接收缓存中。最后上位机经由AMBA总线把数据从外部接收缓存读走。
接收流程中，PHY模块主要是完成对从SpaceWire网络输入的串行DS编码的数据进行解码处理，恢复出串行数据，流程如图6所示。SpaceWire节点控制器IP核支持三种模式的数据恢复时钟。第一种是利用DS信号进行异或运算，恢复出时钟信号，第二种是采用直接给PHY模块提供的单沿采样有效的时钟信号，第三种是采用直接给PHY模块提供的双沿采样有效的时钟信号。根据相应的时钟模式设置，对DS编码信号进行恢复操作，恢复出有效的串行数据信号D和每位数据信号标志DV。以供后续的接收器模块处理。
接收流程中，数据接收器模块主要完成的功能：把PHY模块传输来的串行有效数据进行并行化处理，依次转换成4组10bits一个数据的数组，以及产生每个10bits数据有效的标志信号。流程如图7所示。
接收流程中，接收处理模块共有31个状态，状态转换关系如附图8所示。
本发明提供的SpaceWire节点控制器IP核接收处理模块状态机的状态如下表所示：
图8中的状态转换条件说明如下表所示：
接收流程中，接收数据包存储模块共有3个状态，状态转换关系如附图9所示。
本发明提供的用于星载设备间通信的高速串行总线节点控制器IP核接收数据包存储的状态机状态如下表所示：
图9中的状态转换条件说明如下表所示：
本发明的AMBA总线的AHB总线和APB总线完全遵从AMBA2.0标准协议进行设计。本发明的外部缓存，其深度可由上位机通过AMBA总线对参数ramsize来控制其容量大小，以满足不同的应用要求。本发明提供的用于星载设备间通信的高速串行总线节点控制器IP核的RTL源代码，编写使用硬件描述语言（VHDL）实现，且全部可综合。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (5)
1.一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核，其特征在于：所述用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核包括：
AMBA总线模块（1），由AHB总线控制模块（11）和APB总线控制模块（12）构成；
两个PHY模块（2），用于接收信号，对接收到的串行数据DS进行有效的提取，对每一位有效数据生成对应的标志信号；
两个数据接收模块（3），与两个PHY模块（2）一一对应，对经过PHY模块（2）处理的串行数据进行解码，根据配置信息决定对数据是否进行CRC校验；
复合器模块（4），对两个数据接收模块（3）送来的数据进行选通处理；
接收处理模块（5），对复合器模块（4）送来的数据进行目的地址检查、描述符配置检查，检查数据是RMAP格式数据还是常规数据，将检查后正确的数据存入缓存FIFO中，并通过AHB总线控制模块（11）通知上位机将缓存FIFO中的数据取走，转存到上位机存储器中；
寄存器配置模块（6），通过APB端口与APB总线控制模块（12）连接，负责对节点控制模块进行参数配置，配置内容包括节点地址、发送器时钟频率配置、中断使能、RMAP使能、CRC校验使能；
链路接口控制模块（7），检测两个数据接收模块（3）与数据发送器模块（9）之间的链路建立正确与否，检测到错误，复位链路，重新建立正确的连接；
发送处理模块（8），通过AHB总线控制模块（11）把外部上位机分配的发送数据缓存区中的待发送数据取出来，根据配置要求决定是进行常规数据发送，还是进行RMAP协议进行数据发送；
数据发送器模块（9）：将发送处理模块（8）发送过来的待发送数据进行并串转换，并进行DS编码，将数据发送到SpaceWire网络中去。
2.根据权利要求1所述的一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核，其特征在于：AMBA总线模块（1）为AMBA2.0总线模块，构成AMBA2.0总线模块的AHB总线和APB总线完全遵从AMBA2.0标准协议要求。
3.根据权利要求1所述的一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核，其特征在于：PHY模块（2）支持以下三种数据恢复机制：自时钟恢复、单时钟沿采样恢复、双时钟沿采样恢复。
4.根据权利要求1所述的一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核，其特征在于：数据发送器模块（9）采用单独的时钟，并可通过寄存器配置模块（6）分频实现需要的时钟频率；同时，数据发送器模块（9）支持单时钟沿发送和双时钟沿发送。
5.根据权利要求1所述的一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核，其特征在于：SpaceWire数据采用Data-Strobe编码发送。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410338077.3A CN117938574B (zh) | 2024-03-25 | 2024-03-25 | 一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410338077.3A CN117938574B (zh) | 2024-03-25 | 2024-03-25 | 一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117938574A true CN117938574A (zh) | 2024-04-26 |
| CN117938574B CN117938574B (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=90761414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410338077.3A Active CN117938574B (zh) | 2024-03-25 | 2024-03-25 | 一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117938574B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102117238A (zh) * | 2010-01-05 | 2011-07-06 | 上海硅知识产权交易中心有限公司 | Ip核amba总线接口兼容性通用验证方法及验证平台 |
| CN104135410A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-11-05 | 浙江中控研究院有限公司 | 一种基于amba总线结构的epa通信ip核及片上系统 |
| CN105187227A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-12-23 | 北京航空航天大学 | 一种应用rmap协议实现can总线设备即插即用的装置 |
| US20190385057A1 (en) * | 2016-12-07 | 2019-12-19 | Arilou Information Security Technologies Ltd. | System and Method for using Signal Waveform Analysis for Detecting a Change in a Wired Network |
-
2024
- 2024-03-25 CN CN202410338077.3A patent/CN117938574B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102117238A (zh) * | 2010-01-05 | 2011-07-06 | 上海硅知识产权交易中心有限公司 | Ip核amba总线接口兼容性通用验证方法及验证平台 |
| CN104135410A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-11-05 | 浙江中控研究院有限公司 | 一种基于amba总线结构的epa通信ip核及片上系统 |
| CN105187227A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-12-23 | 北京航空航天大学 | 一种应用rmap协议实现can总线设备即插即用的装置 |
| US20190385057A1 (en) * | 2016-12-07 | 2019-12-19 | Arilou Information Security Technologies Ltd. | System and Method for using Signal Waveform Analysis for Detecting a Change in a Wired Network |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117938574B (zh) | 2024-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9607673B1 (en) | Methods and systems for pin-efficient memory controller interface using vector signaling codes for chip-to-chip communication | |
| EP1825382B1 (en) | Low protocol, high speed serial transfer for intra-board or inter-board data communication | |
| CN111131091B (zh) | 一种面向片上网络的片间互连方法和系统 | |
| US9219560B2 (en) | Multi-protocol SerDes PHY apparatus | |
| US6839862B2 (en) | Parallel data communication having skew intolerant data groups | |
| US11907140B2 (en) | Serial interface for semiconductor package | |
| CN110471880B (zh) | 一种基于FPGA支持Label号筛选的ARINC429总线模块及其数据传输方法 | |
| CN105208034A (zh) | 一种spi总线与can总线协议转换电路及方法 | |
| CN108462620B (zh) | 一种吉比特级SpaceWire总线系统 | |
| CN112395230A (zh) | 一种基于可编程逻辑器件的uart接口扩展电路 | |
| CN111352887B (zh) | 一种pci总线到可配置帧长度串行总线适配和传输方法 | |
| EP1988470A2 (en) | Network device and transmission method thereof | |
| CN113765582A (zh) | 一种国产化设计的冗余光口单向传输数据实现系统和方法 | |
| CN114153775A (zh) | 一种基于AXI总线的FlexRay控制器 | |
| CN102523145A (zh) | 一种本地总线桥接和数据传输的方法 | |
| CN117938574B (zh) | 一种用于星载设备间通信的SpaceWire总线节点控制器IP核 | |
| CN101304296B (zh) | 网络装置及其传输方法 | |
| CN111444125A (zh) | 一种扩展总线系统 | |
| CN103034610A (zh) | 在分体模块间进行axi总线信号发送接收的方法及装置 | |
| CN114338837A (zh) | 一种基于zynq的hdlc通讯转换控制器 | |
| CN221008254U (zh) | 一种用于并行背板总线通信方式的lvds信号转换装置 | |
| CN216956942U (zh) | 一种I2C到AXI_master的转换系统 | |
| CN102904787A (zh) | 一种本地总线桥接和数据传输的方法和装置 | |
| CN1581126A (zh) | Iic总线控制系统及其实现方法 | |
| CN111104353B (zh) | 基于fpga的多功能航空总线接口卡 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |