[发明专利]一种吉比特级SpaceWire总线系统

说明书

一种吉比特级SpaceWire总线系统，所述系统包括：数据收发模块、数据缓冲模块、SpaceWire协议处理模块、数据处理模块。数据收发模块用于将光收发器的16B/20B编码与并行数据进行格式转换；数据缓冲模块用于异步时钟域的同步和数据缓存；SpaceWire协议处理模块用于总线数据的收发、识别控制代码和数据字符、更新协议状态、发送上行数据和地址、接收下行数据和地址；数据处理模块用于为SpaceWire协议处理模块、外部CPU、外部存储器、外部寄存器提供总线接口，并提供AXI和APB片上总线协议的转换。本发明减少了访存次数和时间，提高总线利用率，满足航天器高速数据传输的要求。

技术领域

本发明涉及一种吉比特级SpaceWire总线系统，属于航天器高速数据传输总线技术领域。

背景技术

SpaceWire是一种全双工、双向、串行、点到点的数据总线。在每个方向上，它使用一对差分信号线传输编码后的数据。从而在每个方向上都会有四根信号线(D+、D-、S+、S-)，在两个方向上总共是八根信号线。SpaceWire标准涉及到六个层次的内容，分别为：物理层、信号层、字符层、交换层、数据包层及网络层六层。其中，物理层标准覆盖了电缆线、连接器、电缆组件、印刷电路板走线(PCB tracks)四个部分。SpaceWire电缆内部包含4组独立的屏蔽双绞线，外部还要包裹一层屏蔽材料。信号层标准规定了信号电压电平、噪声容限及信号编码。信号层采用DS(Data-Strobe)编码。该编码通过两路信号D和S能将时钟信号和数据信号一起传输。在接收端，时钟信号的恢复是将D信号和S信号相异或实现的。

英国的Star-Dundee公司按照SpaceWire标准已经实现了SpaceWire总线IP(Intellectual Property)，并将该IP在航天领域进行推广，目前处于市场主流地位。但是以Star-Dundee公司的SpaceWire IP为核心的总线系统，物理介质采用电缆，带宽一般只有几百兆，很难达到吉比特级；其次，DS编码在实质上是一路时钟带一路数据，如果数据传输率要超过1Gbps，则时钟周期要小于1ns，技术实现的难度很大，因此实际能达到的数据传输率只有200Mbps；再有，当前总线系统的数据访问接口为32位宽度，每发送或接收完4个SpaceWire数据字符(1个数据字符为8bit数据)就需要访问1次存储器，导致访存次数多，等待访存的时间长，从而总线利用率较低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种吉比特级SpaceWire总线系统。将总线系统的数据传输率提高到大于1Gbps，同时将存储器访问接口的数据宽度增大到128位，降低了访问存储器的时间开销，能够满足航天器电子系统对吉比特级数据传输的需求。

本发明的技术方案是：

一种吉比特级SpaceWire总线系统，包括：数据收发模块、数据缓冲模块、SpaceWire协议处理模块以及数据访问模块；

数据收发模块：接收外部光收发器发送的串行编码，将串行编码转换为并行数据并发送给数据缓冲模块；接收数据缓冲模块发送的并行数据并转换为串行编码发送给外部光收发器；

数据缓冲模块：接收数据收发模块和SpaceWire协议处理模块发送的并行数据，对数据收发模块和SpaceWire协议处理模块发送的并行数据同步处理，将同步后的并行数据及时钟发送给SpaceWire协议处理模块；

SpaceWire协议处理模块：接收数据缓冲模块发送的同步后的并行数据和时钟，在时钟上升沿读取并行数据；接收数据访问模块发送的下行数据和下行数据地址，生成并行数据，将生成并行数据与自身产生的发送时钟一起发送给数据缓冲模块；根据下行数据地址中的寄存器地址，提取出配置信息设置预设参数，根据当前协议状态和预设参数生成上行数据和地址并发送给数据访问模块；