论文部分内容阅读
为了满足航天器内部大容量、高速数据传输需求,提高航天器内部数据传输性能,需探索高速互连技术在航天器中的应用。在航天器中,总线起着举足轻重的作用,总线作为航天器内部各电子设备之间、电子设备内部的各板卡之间、板卡上的各个芯片之间的数据沟通桥梁,在电子设备之间传递数据和控制信号,维持航天器的正常工作。本文着力于解决现有航天总线传输速率低、可靠性差、纠错容错能力差以及灵活性不足,不能满足航天器内部大容量、高速数据传输需求等问题,研究RapidIO技术在星载电子系统中应用。RapidIO是嵌入式领域成熟的高速互连技术,已经过多次迭代,拥有优秀的生态系统,其标准化、模块化、通用化的特性能够有效解决现有航天器总线的不足,满足航天器内部数据传输需求。本文在充分调研RapidIO高速互连技术的基础上,对RapidIO的串行物理层协议进行了研究。首先调研了RapidIO的发展历史、国内国外的研究现状,并比较了Space Fibre、PCIe、以太网、RapidIO等标准,确立将RapidIO技术应用到星载电子系统中。其次研究了RapidIO标准的特点,掌握RapidIO技术的细节,RapidIO显著的优点是包开销较小,适合嵌入式领域,包括航天领域的数据传输。再者详细地介绍了RapidIO串行物理层,包括串行协议子层(Serial Protocol Sublayer,SPS)、物理编码子层(Physical Coding Sublayer,PCS)、物理媒介附件子层(Physical Media Attachment Sublayer,PMA)这三层的实现过程。最后对设计出来的RapidIO串行物理层进行测试,先用Xilinx FPGA开发工具Vivado对串行协议子层、PCS层的各个子模块进行仿真,接着对整体进行仿真。全部仿真完毕后,再上板进行测试,用Xilinx FPGA内建的逻辑分析仪对RapidIO串行物理层信号进行抓取与分析。本文在研究RapidIO标准的基础上,选取标准中适合星载应用的轻量化实现方式,将FPGA内部高速收发器作为RapidIO串行物理层中的物理媒介附件子层,在其基础上实现了RapidIO串行物理层中的串行协议子层与物理编码子层。自主完成了完整的RapidIO串行物理层的设计。基于自主实现的RapidIO串行物理层的高速串行通信方案,可应用于星载电子设备内部电路模块间以及星载电子设备之间,具有高速率、高可靠、低开销的优点。通过在星载电子系统中应用RapidIO技术,提升星载电子系统数据处理与数据传输性能。最终的测试结果表明RapidIO串行物理层工作在1x模式、传输速率为2.5Gbps,满足RapidIO高速互连标准的协议要求。本文通过对RapidIO高速互连技术进行研究,特别是对RapidIO串行物理层协议进行研究与简化,并在其基础上对RapidIO串行物理层,包括串行协议子层、物理编码子层、物理媒介附件子层进行了实现与验证。实验结果表明RapidIO技术能够为航天器内部各电子设备之间的数据传输提供支持,对后续进一步探索高速互连标准在星载电子系统中的应用能够提供一些借鉴。