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SpaceWire路由IP核设计及验证

作　者: 魏贻乾
导　师: 李慧军
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 计算机应用技术
关键词: SpaceWire FPGA 路由功能验证
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 55次
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内容摘要

随着空间探测技术的发展,卫星上携带了越来越多的有效载荷。这种对大量数据通讯和数据交换的需求,必然要求卫星内部通信具有更高的处理速度、可靠性、抗辐射能以及错误检测和错误恢复的能力。而将各有效载荷连接一起的星载数据总线在整个系统中起着关键的作用。星载数据传输网络的可靠性、速度和灵活性直接影响着星载电子系统的整体性能。SpaceWire是欧洲航天局于2003年提出的一种串行、高速、点对点、全双工的数据网络标准。它充分考虑了空间应用的特点,很好地满足了现代星载设备间数据高速传输的需求。目前,SpaceWire技术得到了更多的重视,ESA,NASA和JAXA等组织都对该标准开展了很多研究,并已经成功地将SpaceWire技术应用到多个航天任务之中。本课题在自主研发的SpaceWire Codec IP核的基础上,进行了SpaceWire路由IP核的设计和验证。SpaceWire路由IP核的设计部分是通过Verilog编程实现的,验证部分是通过ModelSim软件仿真验证和硬件验证实现的。其中,硬件验证包括制作SpaceWire PCI板卡和开发相应的软件界面两部分。软件界面可以通过PCI总线实现对SpaceWire路由表的配置、数据的交换以及SpaceWire链路的配置和状态跟踪等功能。最后通过仿真验证和硬件验证说明了设计的合理性和正确性。本文主要包括了以下几部分内容:1. SpaceWire协议、路由协议和IP核的介绍;2. SpaceWire技术国外研究和应用情况的详细调研情况;3. SpaceWire路由IP核的整体设计和子模块的详细设计情况;4. SpaceWire路由IP核的仿真验证;5.制作硬件,设计相应的软件界面,对SpaceWire路由IP核进行硬件验证。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
第一章绪论  13-17
  1.1 课题的目的与意义  13-14
  1.2 课题主要内容  14
  1.3 论文章节组织  14-17
第二章 SpaceWire 协议及其相关技术简介  17-35
  2.1 SpaceWire 协议介绍  17-27
    2.1.1 物理层(Physical Level)  18-19
    2.1.2 信号层(Signal Level)  19-20
    2.1.3 字符层(Character Level)  20-21
    2.1.4 交换层(Exchange Level)  21-25
    2.1.5 数据包层(Packet Level)  25
    2.1.6 网络层(Network Level)  25-27
  2.2 路由协议介绍  27-28
  2.3 IP 核介绍  28-29
  2.4 SpaceWire 路由IP 核的国内外研究情况  29-32
    2.4.1 STAR-Dundee  29-30
    2.4.2 Aeroflex  30-31
    2.4.3 中科院空间中心  31-32
  2.5 SpaceWire 技术的空间应用情况  32
  2.6 无阻塞路由实现方案的比较  32-33
  2.7 本章小结  33-35
第三章 SpaceWire 路由IP 核的设计  35-63
  3.1 整体设计目标  35-36
  3.2 FPGA 的选型  36-38
  3.3 SpaceWire 路由IP 核的设计流程  38-41
  3.4 SpaceWire 路由IP 核的设计  41-58
    3.4.1 SpaceWire 路由IP 核的整体模块结构  41-42
    3.4.2 SpaceWire Codec IP 核模块  42-43
    3.4.3 路由交叉开关模块  43-46
    3.4.4 控制逻辑模块  46-55
    3.4.5 路由表模块  55
    3.4.6 控制/状态寄存器模块  55-57
    3.4.7 配置端口模块  57-58
  3.5 时钟和复位信号的设计  58-62
    3.5.1 时钟的分配  58-61
    3.5.2 复位信号的设计  61-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章 SpaceWire 路由IP 核的仿真验证  63-71
  4.1 SpaceWire 路由IP 核的功能仿真  63-68
  4.2 SpaceWire 路由IP 核的综合及布局布线  68-69
  4.3 SpaceWire 路由IP 核的下载  69-70
  4.4 本章小结  70-71
第五章 SpaceWire 路由IP 核的硬件验证  71-87
  5.1 硬件电路的设计  71-73
  5.2 硬件电路的调试  73-75
  5.3 软件界面的设计  75-80
    5.3.1 软件的总体设计  75
    5.3.2 软件的开发工具  75-77
    5.3.3 应用程序的工作流程  77
    5.3.4 配置SpaceWire PCI 板卡  77-79
    5.3.5 发送数据的设计  79-80
    5.3.6 接收数据的设计  80
  5.4 软件界面的调试  80-84
  5.5 系统整体验证  84-86
  5.6 本章小结  86-87
第六章总结与展望  87-89
  6.1 总结  87
  6.2 展望  87-89
参考文献  89-91
攻读硕士期间发表的论文  91-92
致谢  92

SpaceWire路由IP核设计及验证

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