空间高速总线SpaceWire节点的设计与实现

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1、航天返回与遥感58SPACECRAFTRECO＼下RY＆I{卜、10TESENSING第31卷第4期2010年8月空问高速总线SpaceWire节点的设计与实现陈大羽王琨李涛雷宁武文渡(北京空间机电研究所，北京100076)摘要根据SpaceWire总线的组成结构以及采用的数据一滤波编解码技术，针对SpaceWire节点需要与主机设备、SpaceWire接口设备进行异步交互的特点，文章给出了一种SpaceWire节点的高效实现方案。首先，该方案在硬件设计中采用了SpaceWire节点的多时钟域设计，使得节点整体性能得以显著提升；第二，采用双倍数

2、据速率寄存器设计来降低SpaceWire节点发送端设计难度，解决了高速数据发送问题；第三，采用手动布局接收端的底层器件来满足时序要求，解决了高速数据接收问题；第四，计算出接收端RXHFO的理论读出时钟频率指导硬件程序设计。在此基础上，采用SpaceWire节点的点对点数据传输实验对文章设计验证，结果表明文章给出的方案可以工作在240MHz时钟频率下，满足空间高速数据传输中高可靠性、低误码率和低复杂度的要求。关键词总线节点设计数据一滤波编码多时钟域设计现场可编程逻辑阵列航天应用中图分类号：TP336文献标识码：A文章编号：1009—8518(20

3、LO)04～0058—07TheDesignandImplementationofSpaceHigh-SpeedBusSpaceWireCodecChenDayuWangKunLiTaoLeiNingWuWenbo(BeijingInstituteofSpaceMec'hanics&Electricity，Beijing100076，China)AbstractBasedonstructureofSpaceWireandthetechnologyofdatastrobeencoding，andconsideratingthefactthatth

4、enodeneedtoasynchronouscommunicatewithhostsystemandSpaceWireequipment，anefficientapproachforSpaceWireCodecdesigningisprooosedinthispaper．Firstly，multi-clock&maimdesigningmethodisappliedtoSpaeeWireCodecanditsperformanceisimprovedgreatly．Secondly。thedoubledatarateregisterisuse

5、dinthetransmit-tertoreducedesigningdifficultyandincreasetheworkingfrequency．ThiMly，themanuallayoutofFPGAisusedinthereceivertomeettimerequirementofhJightransmission．1Ibuahly．thereadingfrequencyofRXF'IFoiscomputedintheo—rytosupporthardwaredesign．Finally，thepointtopointtransmis

6、sionexperimentSHOWSthattheoptimizeddesigncallworkunder200MHzfrequencyandmeettherequirementofhighreliability，fault-toleranceandlowcomplexity．KeywordsSpaceWireCodecDatastrobeencodingMulti—clockdomainsdesignFPGASpaceApplications1引言随着卫星应州范围的不断扩大，星卜设备的种类和数肇都呈现出增加趋势，但是，由于不同的设备采用不同

7、的接口，设备I．日J互连复杂，导致数据传输存在一定瓶颈。因此，迫切需要一种高町靠性、高速和低复杂度的总线技术来解决星上设备互连问题。SpaceWire总线就是针对这种需求提出的，是欧空局2003年推出的一种高速、点对点、全舣工的串行总线协议⋯。该协议以IEEE1355—1995踟议和LVDS标准为基础，提供了一种通用接u标准，简化和规范r不同设备之问互连。收稿F1期：2009—11—26第4期陈大羽等：空间高速总线SpaceWire节点的设计与实现59与CAN、FlexRay和1553B总线相比，SpaceWire总线的一个突出特点就是高速度和

8、低复杂度，很容易在ASIC和FPGA上实现。更为霞要的足该总线技术已成功应用于MarsE)(press和Smart—l等多个空间任务，目前，国内开展此