基于FPGA技术的星载高速复接器设计

摘要

随着空间科学任务的增加,需要处理的空间科学数据量激增,要求建立一个高速的空间数据连接网络.高速复接器作为空间飞行器星上网络的关键设备,其性能对整个空间数据网络的性能起着重要影响.该文阐述了利用先入先出存储器FIFO进行异步速率调整,应用VHDL语言和可编程门阵列FPGA技术,对多个信号源数据进行数据打包、信道选通调度和多路复接的方法.设计中,用VHDL语言对高速复接器进行行为级建模,为了验证这个模型,首先使用软件进行仿真,通过编写testbench程序模拟FIFO的动作特点,对程序输入信号进行仿真,在软件逻辑仿真取得预期结果后,继续设计硬件电路,设计出的实际电路实现了将来自两个不同速率的信源数据(1394总线数据和1553B总线数据)复接成一路符合CCSDS协议的位流业务数据.在实验调试中对FPGA的输出数据进行检验,同时对设计方法进行验证.验证结果完全符合设计目标.应用硬件可编程逻辑芯片FPGA设计高速复接器,大幅度提高了数据的复接速率,可应用于未来的星载高速数据系统中,能够完成在轨系统的数据复接任务.

目录

文摘

英文文摘

绪论

1.1课题的目的和意义

1.1.1课题的目的

1.1.2课题的意义

1.2国内外研究进展

1.2.1国内研究进展

1.2.2国外研究进展

1. 3课题要达到的性能指标及关键技术

第一章 课题理论基础

1.1 CCSDS简介

1.2 CCSDS数据交换网络结构

13空间链路子网SLS介绍

1.3.1虚拟信道(Virtual Channel)和虚拟信道数据单元VCDU

1.3.2位流业务

1.3.3 SLS的业务等级

1.3.4 SLS中的两种传输方式：

1.3.5 SLS的具体功能

1.3.6空间链路子层

1.4 IEEE1394总线和1553B总线简介

1.4.1 IEEE1394总线简介

1.4.2 1553B总线简介

第二章 FPGA技术简介

2.1可编程ASIC简介

2.2 FPGA的选取

2.3 VHDL简介

第三章 实现工具和器件功能介绍

3.1 EDA概述

3.2 ASIC基本工具

3.2.1编辑器

3.2.2仿真器

3.2.3优化/综合工具

3.3 Libero软件介绍

3.4 PADS工具简介

3.5元器件的功能介绍

3.5.1 FIFO功能简介

3.5.2电平转换芯片SN74ALVC164245简介

3.6 Actel APA075评估板功能介绍

3.6.1电源

3.6.2编程接口

3.6.3时钟电路

3.6.4晶振

3.6.5手动时钟

3.6.6 LED 连接

3.6.7开关连接器

第四章 课题的具体设计

4.1高速复接器的功能

4.2高速复接器应用的CCSDS业务

4.3高速复接器复用方式

4.3.1高速复接器采用的复接方式

4.3.3异步复接方式的优点

4.4高速复接器具体设计

4.4.1数据复接芯片设计方案

4.4.2主要控制逻辑的VHDL程序设计

4.4.3利用半满标志信号控制FIFO读取的原理

4.5高速复接器外围电路设计

第五章 高速复接器设计改进与调试

5.1设计改进与调试

5.1.1 FPGA调试与改进

5.1.2高速复接器数据接收调试

5.2实验结果

5.3高速复接器及调试设备实图

第六章 课题总结和展望

参考文献

致谢