[发明专利]一种航天器通用接口控制器

摘要

一种航天器通用接口控制器，包括总线HOST接口处理单元、UART接口处理单元、TDM仲裁处理单元、指令解析处理单元、时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元、遥测状态组帧处理单元。本发明通用控制器通过可代替处理器实现对时序并行接口、非时序并行接口、串行数据输出接口、串行数据输入接口、串行数据采集接口的协议处理和时序控制，并实现与星载总线、UART接口等接口间的数据交互和协议处理，改善了传统航天器综合电子计算机的总线体系架构，简化了处理器与各接口之间的信息交互，提高了航天器综合电子系统的整体性能。

主权项

1.一种航天器通用接口控制器，其特征在于：包括总线HOST接口处理单元、UART接口处理单元、TDM仲裁处理单元、指令解析处理单元、时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元、遥测状态组帧处理单元，其中：总线HOST接口处理单元：经由TDM仲裁处理单元获取指令解析处理单元、时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元或者遥测状态组帧处理单元对星载总线的操作控制信号和地址信号，据此从星载总线上读取指令数据并经由TDM仲裁处理单元进行信息反馈，或者经由TDM仲裁处理单元获取指令解析处理单元、时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元、遥测状态组帧处理单元中的应答数据并写入星载总线输出；UART接口处理单元：采用异步串行的方式进行数据传输，对UART接口链路层指令协议数据单元进行接收，并对校验域进行判断，当且仅当校验域数据校验正确时产生UART接口控制信号至指令解析处理单元；经由TDM仲裁处理单元获取指令解析处理单元、时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元或者遥测状态组帧处理单元对UART接口的操作控制信号、地址信号和数据信号，将UART接口应用层指令协议单元经由TDM仲裁处理单元送到指令解析处理单元、时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元或者遥测状态组帧处理单元；经由TDM仲裁处理单元获取指令解析处理单元、时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元、遥测状态组帧处理单元的UART接口应用层应答协议单元，并在此基础上形成UART接口链路层应答协议单元，进行并串转换后向UART接口输出；指令解析处理单元：响应星载总线的时间触发信号以及UART接口控制信号，从星载总线或UART接口处理单元获取指令数据中的功能域信息，并进行解析和译码，根据指令类型产生读控制信号或写控制信号，根据等待周期产生读写等待周期控制信号，根据数据读写位宽产生读写位宽控制信号，根据数据长度产生数据长度控制信号，根据外设地址产生起始地址控制信号，并输出给时序并行接口处理单元、非时序并行接口处理单元、串行数据输出接口处理单元、串行数据输入接口处理单元、串行数据采集接口处理单元或者遥测状态组帧处理单元；所述的星载总线为ARINC659总线；TDM仲裁处理单元：根据“先来先得”结合“优先级”的策略为每个接口处理单元分配对总线HOST接口处理单元及UART接口处理单元的访问窗口；将针对总线HOST接口处理单元和UART接口处理单元的请求信号分别组成一个一维数组，对产生的两个请求数组按照比特位分配优先级，同时针对总线HOST接口处理单元以及UART接口处理单元分别产生一个用于应答的一维数组，应答一维数组中每一比特与请求一维数组中的每一比特一一对应；当请求一维数组中仅有一比特请求信号有效时，则将对应的应答一维数组中对应的比特位置为有效；当请求一维数组中同时有多比特请求信号有效时，提取出优先级最高的有效请求信号，并将应答一维数组中对应的比特位置为有效，其他有效请求信号对应的应答信号不会置为有效；当请求一维数组中的请求信号有效，并且已经将对应的应答信号置为有效后，此时更高优先级的请求信号变为有效，则保持已经有效的应答信号不变，直到对应的请求信号撤消后，再来处理更高优先级的请求信号；在应答一维数组中存在有效的应答信号时，则根据有效的应答信号选择出总线HOST接口单元或UART接口处理单元进行应答；时序并行接口处理单元：用于实现对并行IO接口的读写访问控制，当接收到有效的读控制信号时，将起始地址控制信号中的数据直接作为并行IO接口读地址，按照读写位宽控制信号控制并行IO接口的读取数据宽度，根据读写等待周期控制信号控制一次读访问操作所需的时间，在等待周期规定的时间到后对并行IO接口读取的数据进行锁存完成一次读访问操作，之后将并行IO接口的读地址自动加1，继续下一次读访问操作，直到完成数据长度控制信号规定长度的数据读访问操作后，向TDM仲裁处理单元提出请求信号，在获得应答信号后，对于总线HOST接口单元数据，获取总线基地址，以总线基地址为起始地址将读取的数据送给总线HOST接口处理单元；对于UART接口数据，将读取的数据作为UART接口应用层应答协议单元送给UART接口处理单元；当接收到有效的写控制信号时，对于UART接口数据，向TDM仲裁处理单元提出UART接口请求信号，在获得应答信号后，按照数据长度控制信号从UART接口处理单元中读取UART接口应用层指令协议单元中的有效数据域中的数据；对于总线HOST接口单元数据，向TDM仲裁处理单元提出总线请求信号，在获得应答信号后，获取总线基地址，以总线基地址作为起始地址按照数据长度控制信号从总线HOST接口处理单元读取指定长度的指令数据中的有效数据域数据；从UART接口处理单元或总线HOST接口处理单元读取完毕有效数据域的数据后将起始地址控制信号中的数据直接作为并行IO接口的写地址，按照读写位宽控制信号控制并行IO接口的写数据宽度，根据读写等待周期控制信号控制一次写访问操作所需的时间，在等待周期规定的时间到后完成一次写访问操作，之后将并行IO接口的写地址自动加1，继续下一次写访问操作，直到完成数据长度控制信号规定长度的数据写访问操作为止；非时序并行接口处理单元：对固定电平信号输入和输出进行独立操作，信号的输出由时序并行接口的写操作实现，对写入的数据进行按位三取二操作后作为最终的输出电平信号；以16bit为一单元对外部输入的电平信号进行数据锁存，锁存的数据作为遥测状态组帧处理单元的一部分遥测状态数据；串行数据输入接口处理单元：对串行输入数据进行采样和串并转换，根据读控制信号，判断是否存在完整的帧数据，如果存在则根据读控制信号向TDM仲裁处理单元提出总线或UART接口请求信号，在获得相应的应答信号后，对于总线HOST接口单元数据，按照获得的总线基地址，将总线基地址作为起始地址将所有完整的帧数据写入总线HOST接口处理单元，对于UART接口数据，将所有完整的帧数据按照UART接口应用层应答协议单元的格式写入UART接口处理单元；串行数据输出接口处理单元：根据写控制信号，向TDM仲裁处理单元提出总线或UART接口请求信号，在获得相应的应答信号后，按照获得的总线基地址，将总线基地址作为起始地址按照从总线HOST接口处理单元读取数据长度控制信号规定长度的数据，或者按照UART接口应用层指令协议单元中的有效数据域格式从UART接口处理单元读取数据长度控制信号规定长度的数据，之后将读取的数据进行并串转换，并将转换后的串行数据按比特串行输出，直到数据长度控制信号规定长度的数据全部输出完毕为止；串行数据采集接口处理单元：根据读控制信号，对串行数据进行采集，并将采集的串行数据进行串并转换，在完成数据长度控制信号规定长度的数据采集后，向TDM仲裁处理单元提出总线或UART接口请求信号，在获得相应的应答信号后，按照获得的总线基地址，将总线基地址作为起始地址将采集的数据写入总线HOST接口处理单元，或者按照UART接口应用层应答协议单元的格式写入UART接口处理单元；遥测状态组帧处理单元：根据读控制信号，对各处理单元中的运行状态数据进行锁存，向TDM仲裁单元提出总线或UART接口请求信号，在获得相应的请求信号后，按照获得的总线基地址，将总线基地址作为起始地址将锁存的遥测状态写入总线HOST接口处理单元，或者按照UART接口应用层应答协议单元的格式写入UART接口处理单元。