CN217767328U

CN217767328U - 一种全国产化的数传设备

Info

Publication number: CN217767328U
Application number: CN202220533369.9U
Authority: CN
Inventors: 申雪; 段金灿; 汪勇; 李栋胜
Original assignee: Beijing Shenzhou Feihang Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Shenzhou Feihang Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2032-03-11

Abstract

本实用新型涉及一种全国产化的数传设备，该设备为一个2U设备机箱，该数传设备可以实现显示、控制、大容量存储、数据处理及对外数据交互功能。设备机箱内部采用核心板+背板+后IO板架构设计，三块板卡固定在机笼中，然后将机笼整体固定在设备机箱中。功能模块设计全部集中在核心板中，背板只起到核心板和后IO板信号传输功能，后IO板提供对外接口及整设备供电功能并焊接软线引至机箱的各类航插连接器中，保证接口的可靠性。设备对外提供4路千兆以太网口、6路万兆网口、2路USB接口、VGA显示接口并支持1路OLED屏和1个6键位矩阵键盘以及控制串口等。通过本实用新型开发出来的全国产化的数传设备不仅自主可控性高，更能够在未来天地一体化信息网络系统建设中发挥重要的作用。

Description

一种全国产化的数传设备

技术领域

本实用新型涉及航天数传通信传输领域，具体涉及一种全国产化的数传设备。

背景技术

目前，国内在建设在轨卫星与地面之间的天地数传通信一般均为建设专用地面通信基站，地面接收基站不仅占用大面积的地点而且开发成本较高，考虑到未来卫星商业应用的广阔前景，且数传需求将持续增大，建设专用地面基站经济效益日益下降，利用航天数传通信系统实现数传设备将成为一种经济高效的方法。

数传设备做为航天数传通信系统的组成部分，在未来天地一体化信息网络系统建设中发挥越来越重要的作用。

实用新型内容

为实现上述功能，本实用新型的技术方案如下：

一种全国产化的数传设备，该数传设备包括：核心板、背板、后IO板、机笼、电源模块及外围机箱接口；

其中，核心板、背板和后IO板通过机笼进行互连；机笼和电源模块固定在机箱内部，机箱外围接口通过后IO板进行连接；

所述核心板主要包括CPU、两片FPGA、微处理器和CPLD；所述CPU采用国产飞腾的FT2000/4新四核CPU，所述两片FPGA采用复旦微K7系列的JFM7K325T芯片，分别作为接口FPGA和算法FPGA，所述微处理器采用兆易创新GD32系列的GD32F407芯片，所述CPLD采用深圳国微电子CPLD；该核心板主要用于实现四路千兆网络接口、六路万兆网接口、控制串口、VGA显示接口、USB接口、OLED显示屏及矩阵键盘功能；

所述背板主要包括连接器，不包含其他电子元器件，通过所述连接器将核心板和后IO板进行互连，用于实现信号传输；

所述后IO板将所述核心板的接口引出至机箱连接器，所述后IO板上设有接口保护电路；有利于保护数据传输不受外界干扰，实现整机数据传输的稳定性、可靠性及安全性。

所述电源模块用于将220V电源转换为12V电源，并供给整机设备；所述电源模块为定制电源，且为双220V输入电源，以实现设备的电源热备。

进一步的，所述四路千兆网络接口通过CPU引出两路，通过接口FPGA引出另外两路：所述CPU引出的两路千兆以太网通过PCIE X1接口连接到一片千兆以太网转换芯片扩展出两路千兆以太网；通过所述接口FPGA外接两片以太网PHY芯片实现另外两路千兆以太网；所述四路千兆以太网接口通过背板接到后IO板，通过后IO板引至机箱面板连接器。

进一步的，所述六路千兆网络接口通过CPU引出三路，通过接口FPGA引出另外三路：所述CPU引出的三路万兆以太网通过两路PCIE X8接口连接到两片万兆以太网转换芯片扩展出三路万兆以太网；通过接口FPGA的高速SERDERS接口扩展出另外三路万兆以太网；六路万兆以太网接口通过背板接到后IO板，通过后IO板引至机箱面板连接器。

进一步的，所述控制串口用于实现整机设备的调试功能，该控制串口为CPU自带的UART控制器，所述UART控制器通过RS232收发器转化为标准的RS232接口，该RS232接口通过背板接到后IO板，通过后IO板引至机箱面板连接器。

进一步的，所述USB接口主要用于挂载支持USB接口的外围设备，所述数传设备的2路USB接口由USB扩展芯片提供，USB扩展芯片通过PCIE X1接口与CPU互连；所述USB接口通过背板接到后IO板，通过后IO板卡引至机箱面板连接器。

进一步的，所述VGA显示接口是通过挂载在CPU上的PCIE桥片扩展出两路PCIE X4接口，其中一路PCIE X4接口上挂载显卡芯片，该显卡芯片用于实现VGA的显示输出，并且该显卡芯片上挂载1GB的DDR3显存颗粒。显示接口提供高可靠性，丰富多彩的的人机交互界面。

进一步的，所述数传设备的存储接口是通过挂载在CPU上的PCIE桥片扩展出两路PCIE X4接口，在其中一路PCIE X4接口上挂载NVMe硬盘，在该PCIE桥片上挂载一块NVMeSSD用于存储数据信息和文件系统，可实现大数据量的高速存储功能。

进一步的，通过在CPU上的UART接口挂载一款6键位矩阵键盘实现所述数传设备的矩阵键盘功能，该键盘具有上、下、左、右、确认和取消功能，用于实现菜单栏的选择功能，使用户脱离VGA显示也能对设备进行简单的操作。

进一步的，通过CPU上的UART接口挂载一款4.7英寸的OLED显示屏实现所述数传设备的OLED显示功能，所述显示屏能实现命令选择、输入功能，并以菜单栏形式呈现。

进一步的，所述接口FPGA用于实现对外数据传输功能，该接口FPGA引出对外的两路千兆以太网和三路万兆以太网，所述接口FPGA的对内的SRIO接口和LVDS接口分别连接到算法FPGA上，实现控制输入和高速数据传输功能。

进一步的，所述算法FPGA用于实现对数据的处理功能，所述算法FPGA对上通过PCIE X4接口连接到CPU端，将CPU端的数据接收过来进行处理，对下通过SRIO接口和LVDS接口连接到接口FPGA上，将处理好的数据传输到目标上。

进一步的，所述微处理器用于实现对算法FPGA和接口FPGA的加载功能，所述微处理器上挂载两片具有SPI接口的FLASH，用于存放两片FPGA的加载程序，并通过DIN信号分别接到所述两片FPGA上，从而实现FPGA的从串加载功能。

进一步的，所述CPLD用于实现整机设备的上电顺序控制功能和接口的电平转换功能。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的功能模块设计全部集中在核心板中，背板只起到核心板和后IO板信号传输功能，后IO板提供对外接口及整设备供电功能并焊接软线引至机箱的各类航插连接器中，保证接口的可靠性。设备对外提供4路千兆以太网口、6路万兆网口、2路USB接口、VGA显示接口并支持1路OLED屏和1个6键位矩阵键盘以及控制串口等。通过本实用新型开发出来的全国产化的数传设备不仅自主可控性高，更能够在未来天地一体化信息网络系统建设中发挥重要的作用。

附图说明

图1为本实用新型的数传设备的机箱内部构成图；

图2为本实用新型的数传设备的核心板整体功能框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本实施例：

参见图1-2，一种全国产化的数传设备，包括：核心板、背板、后IO板、机笼、电源模块及外围机箱接口；其中，核心板、背板和后IO板通过机笼进行互连；机笼和电源模块固定在机箱内部，机箱外围接口通过后IO板进行连接；所述核心板主要包括CPU、两片FPGA、微处理器和CPLD；所述CPU采用国产飞腾的FT2000/4新四核CPU，所述两片FPGA采用复旦微K7系列的JFM7K325T芯片，分别作为接口FPGA和算法FPGA，所述微处理器采用兆易创新GD32系列的GD32F407芯片，所述CPLD采用深圳国微CPLD；该核心板主要用于实现四路千兆网络接口、六路万兆网接口、控制串口、VGA显示接口、USB接口、OLED显示屏及矩阵键盘功能；所述背板主要包括连接器，不包含其他电子元器件，通过所述连接器将核心板和后IO板进行互连，用于实现信号传输；所述后IO板将所述核心板的接口引出至机箱连接器，所述后IO板上设有接口保护电路；有利于保护数据传输不受外界干扰，实现整机数据传输的稳定性、可靠性及安全性。所述电源模块用于将220V电源转换为12V电源，并供给整机设备；所述电源模块为定制电源，且为双220V输入电源，以实现设备的电源热备。

本实用新型的全国产化的数传设备，功能设计集中在核心板上，核心板的主要芯片包括FT-2000/4CPU、PHY芯片JEM88E111HV、DDR4芯片CXDQ3BFAM-WG、USB扩展芯片SM720201、Flash芯片GD25LQ128DSIG、CPLD芯片SM2C256、FPGA型号JFM7K325T、微处理器型号GD32F407、PCIE桥片SM8619、千兆以太网转换芯片WX1860AL2、万兆以太网转换芯片WX1820AL2、显卡芯片GP101、OLED显示屏V0006-FA-002-A、矩阵键盘KH-AE68-06RS232；

其中CPU采用FT-2000/4，该CPU是一款面向桌面应用的高性能通用处理器。FT-2000/4集成了4个64位高性能核，主频2.6～3.0GHz，CPU的信息采集、数据处理、数据存储和对外显示控制出输出主要通过PCIE总线与外部设备进行。CPU通过NOR flash加载固件，来执行相关的指令操作，具体的，CPU通过QSPI作为CPU启动加载的唯一接口，CPU启动后，首先通过片内可信根验签片外固件，验签通过后，根据QSPI的QSPI_CS0片选的NOR flash加载固件，来执行相关的指令操作，NOR Flash型号选用GD25LQ128DSIG；FT2000/4支持片外大容量存储DDR控制器和DDR PHY，其主要功能是负责管理全芯片的存储空间，控制器上共挂载8片DDR4芯片，单片容量为1GB，DDR4型号为合肥长鑫CXDQ3BFAM-WG，共8片分别放在两个通道上，每个通道4片DDR4芯片，用作数据缓存。RS232芯片采用国微的SM3232实现将UART信号转换为RS232信号并对外输出。

所述显卡选用709研究所自主研发的图像处理器芯片GP101，该芯片支持PCIe接口，可与国内外多种主流计算机平台和通用操作系统进行适配，具备低功耗，高普适的特点，GP101核心频率为600MHz，显存最大支持1GB 64-BIT的DDR3显存颗粒，传输速率最大1333Mbps，支持龙芯、飞腾等国产处理器，支持中标麒麟、银河麒麟、深度等国产操作系统，拥有2D和3D加速特性，支持H.264、MPEG-4等视频解码，最高支持1920*1080全高清分辨率且FPS不低于30，拥有两路独立的显示通道，支持复制和扩展两种模式，VGA、DVI等原生接口显示最高支持1920*1200@60FPS的分辨率，HDMI接口最该支持4K(3840*2160@30FPS)高清显示。该芯片采用40nm工艺制造，工作温度为-40℃～85℃。本设备使用该芯片输出一路VGA信号，经背板输出至后IO板，后IO板卡通过连接器引至面板航插连接器，便于显示和调试，提供高可靠性，丰富多彩的人机交互界面。

PCIE桥片的型号为SM8619，是将CPU上的1路PCIE X8接口扩展出2路PCIE X4接口，这两路接口分别接显卡芯片和NVMe固态硬盘。

所述数传设备共支持4路千兆以太网，其中CPU通过一路PCIE X1接口连接到以太网转换芯片扩展出2路千兆以太网，经后IO板卡后引出至后面板航插连接器，以太网转换芯片选用使用网讯公司的WX1860AL2。另外两路通过接口FPGA的通用IO接口外接2片PHY芯片扩展2路千兆以太网，经后IO板卡后引出至后面板航插连接器，PHY芯片选用使用中电58所的JEM88E111HV。

所述数传设备共支持6路万兆以太网，其中CPU通过2路PCIE X8接口连接到2片以太网转换芯片扩展出3路千兆以太网，经后IO板卡后引出至后面板航插连接器，以太网转换芯片选用使用网讯公司的WX1820AL2。另外两路通过接口FPGA的高速接口引出，经后IO板卡后引出至后面板航插连接器。

所述数传设备提供2路USB接口，由挂载在FT2000/4上的SM720201提供，USB信号经过静电保护电路后输出，经后IO板卡后引出至后面板航插连接器。

所述数传设备上的NVMe SSD硬盘挂载在SM8619桥片上引出的1路PCIE X4接口上，硬盘容量为512GB用于存储数据信息和文件系统等。可实现大数据量的高速存储功能。

所述CPLD的主要作用是电平转换和控制整机设备的上电时序，CPLD芯片选用国微公司的SM2C256。

所述FPGA分为接口FPGA和算法FPGA两片。接口FPGA主要用于扩展千兆网络接口和万兆网络接口，接经过算法FPGA处理过的数据信息对外传输，其与算法FPGA之间通过SRIO接口和LVDS接口连接。算法FPGA主要用于对来自CPU的数据进行处理，一般会对数据进行加密或者解密处理，处理完成后，通过SRIO接口或者LVDS接口发送给算法FPGA。

GD32F407微处理器，在其2个SPI接口上挂载2片flash，用于存放接口FPGA和算法FPGA的启动程序，上电时，微处理器首先启动，然后读取flash中的程序，通过DIN信号将FPGA的启动程序分别写进2片FPGA中。

上面参照附图说明了本实用新型的优选实施方式，但是，应当理解，上述说明仅是示例性的。本领域的技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，对本实用新型作出各种修改和变型。本实用新型的保护范围由所附的权利要求书限定。

Claims

1.一种全国产化的数传设备，其特征在于，该数传设备包括：核心板、背板、后IO板、机笼、电源模块及机箱外围接口；

所述核心板包括CPU、两片FPGA、微处理器和CPLD；所述CPU采用国产飞腾的FT2000/4新四核CPU，所述两片FPGA采用复旦微K7系列的JFM7K325T芯片，分别作为接口FPGA和算法FPGA，所述微处理器采用兆易创新GD32系列的GD32F407芯片，所述CPLD采用深圳国微电子CPLD；该核心板主要用于实现四路千兆网络接口、六路万兆网接口、控制串口、VGA显示接口、USB接口、OLED显示功能及矩阵键盘功能；

所述背板包括连接器，不包含其他电子元器件，通过所述连接器将核心板和后IO板进行互连，用于实现信号传输；

所述后IO板将所述核心板的接口引出至机箱连接器，所述后IO板上设有接口保护电路；

所述电源模块用于将220V电源转换为12V电源，并供给整机设备；所述电源模块为定制电源，且为双220V输入电源。

2.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述四路千兆网络接口通过CPU引出两路，通过接口FPGA引出另外两路：所述CPU引出的两路千兆以太网通过PCIE X1接口连接到一片千兆以太网转换芯片扩展出两路千兆以太网；通过所述接口FPGA外接两片以太网PHY芯片实现另外两路千兆以太网；所述四路千兆以太网接口通过背板接到后IO板，通过后IO板引至机箱面板连接器。

3.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述六路万兆网络接口通过CPU引出三路，通过接口FPGA引出另外三路：所述CPU引出的三路万兆以太网通过两路PCIE X8接口连接到两片万兆以太网转换芯片扩展出三路万兆以太网；通过接口FPGA的高速SERDERS接口扩展出另外三路万兆以太网；六路万兆以太网接口通过背板接到后IO板，通过后IO板引至机箱面板连接器。

4.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述控制串口用于实现整机设备的调试功能，该控制串口为CPU自带的UART控制器，所述UART控制器通过RS232收发器转化为标准的RS232接口，该RS232接口通过背板接到后IO板，通过后IO板引至机箱面板连接器。

5.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述USB接口主要用于挂载支持USB接口的外围设备，所述数传设备的2路USB接口由USB扩展芯片提供，USB扩展芯片通过PCIE X1接口与CPU互连；所述USB接口通过背板接到后IO板，通过后IO板卡引至机箱面板连接器。

6.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述VGA显示接口是通过挂载在CPU上的PCIE桥片扩展出两路PCIE X4接口，其中一路PCIE X4接口上挂载显卡芯片，该显卡芯片用于实现VGA的显示输出，并且该显卡芯片上挂载1GB的DDR3显存颗粒。

7.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述数传设备的存储接口是通过挂载在CPU上的PCIE桥片扩展出两路PCIE X4接口，在其中一路PCIE X4接口上挂载NVMe硬盘，在该PCIE桥片上挂载一块NVMe SSD用于存储数据信息和文件系统。

8.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

通过在CPU上的UART接口挂载一款6键位矩阵键盘实现所述数传设备的矩阵键盘功能，该键盘具有上、下、左、右、确认和取消功能，用于实现菜单栏的选择功能。

9.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

通过CPU上的UART接口挂载一款4.7英寸的OLED显示屏实现所述数传设备的OLED显示功能，所述显示屏能实现命令选择、输入功能，并以菜单栏形式呈现。

10.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述接口FPGA用于实现对外数据传输功能，该接口FPGA引出对外的两路千兆以太网和三路万兆以太网，所述接口FPGA的对内的SRIO接口和LVDS接口分别连接到算法FPGA上，实现控制输入和高速数据传输功能。

11.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述算法FPGA用于实现对数据的处理功能，所述算法FPGA对上通过PCIE X4接口连接到CPU端，将CPU端的数据接收过来进行处理，对下通过SRIO接口和LVDS接口连接到接口FPGA上，将处理好的数据传输到目标上。

12.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述微处理器用于实现对算法FPGA和接口FPGA的加载功能，所述微处理器上挂载两片具有SPI接口的FLASH，用于存放两片FPGA的加载程序，并通过DIN信号分别接到所述两片FPGA上，从而实现FPGA的从串加载功能。

13.根据权利要求1所述的一种全国产化的数传设备，其特征在于：

所述CPLD用于实现整机设备的上电顺序控制功能和接口的电平转换功能。