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《中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)》 2008年
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SpaceWire接口IP设计

周戌申  
【摘要】: 随着科学技术的不断发展,星载计算机和航天技术的发展也进入了崭新的时代。原本看似难以实现的许多科学观测和任务也随着航天技术的发展变得可行。近年来国外关于航天技术的发展比较成熟的欧空局(ESA)和美国国家航空航天局(NASA)更是不断尝试着更加复杂的航天科学观测任务。然而随着科学任务的增加,势必导致板级数据处理能力的不足。需要一种高速、可扩展、低功耗、低成本的通用通讯链路接口来满足数据处理的要求。SpaceWire正是一种高速的、点对点、全双工的串行总线网络。SpaceWire技术目前已经成功地应用在多个空间任务中,是目前航天总线中的前沿技术。 本文主要有如下贡献: 1、从SpaceWire协议出发,详细分析了SpaceWire的工作原理和特点。根据对协议的学习和文献的阅读,以协议的分层结构为框架,从各项成熟技术的基本原理出发,分析了SpaceWire接口是如何实现高传输速率、高容错率和良好的EMC特性。 2、结合协议设计了符合规范的SpaceWire接口。在理解了SpaceWire工作原理的基础上,将SpaceWire的各个功能模块进行划分,以模块为单元分别给出了各个模块的框图、接口信号和握手信号设计、状态机设计和主要功能设计原理。为了适应将来特定应用的流量控制需求,改进了Credit Count模块。并设计了能满足高速率传输要求的时钟恢复电路,利用接收端固定高速率时钟的上下沿采样来恢复数据信号。 3、根据AMBA总线和DMA控制器的基本原理和SpaceWire接口的特点,为SpaceWire接口设计了专用的DMA控制器,通过设计专用寄存器标识位实现SpaceWire以包为单位的传输特性。并设计了控制单元来桥接不同的时钟工作域。同时利用符合AMBA总线规范的接口模块,将DMA控制器和AMBA总线挂接。 4、应用模块级的验证方案对SpaceWire接口进行了仿真验证。自底向上对各个子模块进行模块级验证并给出了仿真波形分析。利用VMT技术搭建了AMBA验证平台,在总线上模拟了AHB主设备、从设备以及仲裁器等总线功能模型,将设计的DMA控制器挂接到总线功能模型上进行验证。
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