基于CPCI接口的SpaceWire总线通讯模块设计

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摘要::本文在对SpaceWire总线协议、SpaceWire节点的总体框架进行深入分析的基础上,设计了支持热插拔的基于CPCI接口的高速SpaceWire数据总线的节点通讯板卡的硬件系统,重点介绍了支持热插拔

  :本文在对SpaceWire总线协议、SpaceWire节点的总体框架进行深入分析的基础上,设计了支持热插拔的基于CPCI接口的高速SpaceWire数据总线的节点通讯板卡的硬件系统,重点介绍了支持热插拔的CPCI接口电源电路分析、FPGA与PCI9056接口模块时序分析和在Windriver软件环境下的驱动程序的开发,为SpaceWire上位机底层驱动接口的开发以及今后SpaceWire总线在其它任务中的应用打下了良好的基础。

  随着航天技术的进步和卫星与高空探测技术的发展, 需要一种高速、可扩展、一舟网络模块低功耗、低成本的通用通讯链路接口来满足星载高速数据传输要求。SpaceWire总线标准就是一种高速的、点对点、全双工的串行总线LVDS两个商业标准相结合而提出的一种星载数据总线。本文在研究SpaceWire总线协议的基础上,分析了基于CPCI接口的SpaceWire节点通讯板卡的硬件实现架构,并着重分析CPCI接口电路电源管理功能、PCI桥接电路以及上位机软件驱动的生成原理。

  SpaceWire 是为更好地满足星载设备间高速数据传输需求而提出一种高速的(2Mbit/s至400Mbit/s,目前实现的宇航级节点设备之间的速度为200Mbit/s)、点对点、全双工的串行总线月正式成为欧空局标准。它的提出主要致力于航天器内有效载荷系统数据和控制信息的处理, 以满足未来高性能高速数据传输为目标, 提供了一种统一的用来连接传感器、数据处理单元、大容量存储器、遥测子系统以及电地支持设备EGSE ( electronic ground support equipment ) 的基础架构。

  CPCISPW是欧比特公司自主研制的完全遵循并实现ECSS-E-ST-50-12C协议规范的航天设备间的高速SpaceWire数据总线的,支持热插拔的CPCI接口的节点终端通讯板卡(本板卡实现了200Mbit/s的速率)。此SpaceWire总线节点通讯板卡可以嵌入在航天子系统中,将航天子系统中与其它SpaceWire网络之间连接,保证航天子系统之间高速、实时、确定、可靠地进行数据交换。一舟网络模块硬件架构如图l所示,一舟网络模块分为FPGA控制模块、CPCI接口电源管理模块、MDM9S接口模块和SRAM缓存模块。各模块的功能如下:

  LVDS信号传输,实现数据通讯过程中产生的大量数据实现缓存并与PCI9056通信接口等功能;

  PCI设备的热插拔功能主要用于具备CPCI接口的装置,热插拔功能允许板卡随意从设备中插拔而不影响装置操作系统的正常运行。电源芯片电路如图2所示,LTC1643L是一个允许CPCI型设备进行安全插入和拔出的电源管理控制器,将系统的CPCI插槽电源接入到SpaceWire板卡,图中IRF7413是一个N型MOS管,用于控制3.3V和5V的电源通断供应,而-12V和+12V电源由片上开关供应,所有的电压的上升时间可以达到一个可编程的速率,同时该芯片还具备电源过流故障时的短路保护。

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关键词: 一舟网络模块

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