SpaceWire总线RMAP协议的实现与网络性能研究

发布时间：2017-07-30 15:21

  本文关键词：SpaceWire总线RMAP协议的实现与网络性能研究

  更多相关文章： 空间数据总线 SpaceWire RMAP 自适应群组路由

【摘要】：SpaceWire自2003年标准化以来,基于其标准协议簇的技术成果也出现在众多国际空间任务中。这些已实现的技术应用由早期的部分实现向全面实现发展、低层实现向高层实现发展,使得Space Wire更加接近于一种适用于现代空间数据网络需求的串行、高速、点对点、全双工的数据网络总线。本文以Space Wire基础协议和RMAP高层协议为基础,讨论了Space Wire总线网络性能的评价机制,得出利用自适应群组路由机制搭建优良性能的Space Wire网络的理论依据,从而设计并实现了RMAP用户终端IP核和相应的Space Wire路由单元IP核。首先,针对星载数据总线管理系统的需求,研究了RMAP的指令执行序列和响应机制,符合Space Wire的高层协议RMAP的规范。RMAP用户终端IP核可以完成校验/非校验、反馈/非反馈可选的四种写操作,以及读操作和读改写操作;操作对象包括存储单元、寄存器、FIFO和Mail;并且分类定义了总线系统执行过程中的错误类型以及处理方法。其次,重点分析讨论了Space Wire协议的自适应群组路由机制,介绍了一种对Space Wire复杂网络的分类方法,并提出Space Wire复杂网络的性能评价机制。Space Wire自适应群组路由,是SpaceWire路由单元搭建复杂网络时为保障网络的通畅而增加冗余通路的机制。本文基于双路由结构讨论了复杂拓扑网络结构的分类,从而归纳方法评价复杂网络的性能。该方法同样可以用于计算性能最优的网络拓扑参数,为Space Wire利用自适应群组路由搭建复杂网络提供理论依据。然后,参考Space Wire路由网络性能评价方法,设计了可用于构建复杂网络路由器的基础单元内部结构,并实现完成Space Wire路由单元IP核。根据目前星载电子系统的使用需求,在Space Wire路由单元中,设置8个标准端口,3个专用端口以及1个主机专用端口。其中包括大容量数据通道、时间广播码控制模块以及支持多样化路由寻址的路由表,该Space Wire路由单元IP核可以用于构建Space Wire自适应群组复杂网络,便于网络的动态拓展。最后,对以上研究成果进行了仿真和验证。对SpaceWire路由性能评价机制进行数据建模,经过蒙特卡洛方法仿真得出该机制的有效性;搭建测试平台,采用完备的测试用例集合对设计完成的RMAP用户终端IP核和Space Wire路由进行仿真验证,可以实现RMAP协议规范下的操作功能。并且利用SpaceWire路由性能评价机制选用参数配比,搭建性能更优的SpaceWire高性能数据总线平台。
【关键词】：空间数据总线 SpaceWire RMAP 自适应群组路由
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V446;TP336
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-16
• 第1章 绪论16-29
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 星载数据总线的发展17-19
• 1.3 国外研究现状和发展趋势的分析19-25
• 1.3.1 Space Wire协议簇的标准化19-20
• 1.3.2 Space Wire技术在国际空间任务中的应用20-22
• 1.3.3 Space Wire的应用产品发展状况22-25
• 1.4 国内研究现状25-26
• 1.5 研究目标和意义26-27
• 1.6 论文的组织架构27-29
• 第2章 基于RMAP的SPACEWIRE总线介绍29-59
• 2.1 SPACEWIRE总线介绍29-34
• 2.2 RMAP协议概述34-35
• 2.3 RMAP写指令功能35-40
• 2.3.1 指令流程设计35-37
• 2.3.2 指令错误及处理方法37-38
• 2.3.3 写指令指令包格式设计38-40
• 2.4 RMAP读指令功能40-45
• 2.4.1 读指令流程设计40-42
• 2.4.2 读指令错误及处理方法42
• 2.4.3 读指令包格式42-45
• 2.5 读改写指令功能45-50
• 2.5.1 改写指令流程设计45-47
• 2.5.2 改写指令错误及处理方法47-48
• 2.5.3 改写指令包格式48-50
• 2.6 误码字标志50-52
• 2.7 指令的操作对象52-58
• 2.7.1 写入存储器52-54
• 2.7.2 读取存储器54-56
• 2.7.3 读写寄存器56
• 2.7.4 写入FIFO56-57
• 2.7.5 读取FIFO57-58
• 2.8 本章小结58-59
• 第3章 RMAP用户终端和SPACEWIRE路由器的IP核设计59-75
• 3.1 整体设计59-61
• 3.2 RMAP TERMINAL硬件设计61-66
• 3.2.1 RMAP用户终端的主要工作61-62
• 3.2.2 RMAP接口模块模块设计62-63
• 3.2.3 RMAP接口模块中的缓存空间设计63-66
• 3.3 SPACEWIRE接口模块模块的优化设计66-69
• 3.4 SPACEWIRE ROUTER硬件设计69-74
• 3.4.1 Spacewire路由单元架构设计69-70
• 3.4.2 Cross Bar架构及仲裁机制设计70-71
• 3.4.3 寻址方式及路由表设计71-73
• 3.4.4 Time-Code时间广播码设计73-74
• 3.5 本章小结74-75
• 第4章 SPACEWIRE总线平台自适应群组的性能评价机制75-86
• 4.1 性能评价机制的研究思路75-76
• 4.2 双路由单元定义方法76-77
• 4.3 路由单元组性能评价方法77-80
• 4.3.1 系统传输时间计算方法77-79
• 4.3.2 资源耗费量计算方法79-80
• 4.4 多路由拓扑系统性能评价方法80-85
• 4.4.1 基本参数及约束条件定义81
• 4.4.2 多路由拓扑系统的传输时间计算81-84
• 4.4.3 多路由拓扑系统的资源耗费84-85
• 4.5 本章小结85-86
• 第5章 自适应群组网络性能评价机制的仿真86-95
• 5.1 评价机制的仿真86-87
• 5.1.1 双路由单元系统的仿真方法86
• 5.1.2 多路由单元系统的仿真方法86-87
• 5.2 仿真对比及验证87-92
• 5.2.1 性能测试对比87-90
• 5.2.2 最佳传输接口配置方法90-92
• 5.3 实际空间电子系统中路由单元端口数的讨论92-94
• 5.4 本章小结94-95
• 第6章 SPACEWIRE总线RMAP协议 IP核仿真验证95-107
• 6.1 仿真验证思路95-96
• 6.2 RMAP用户终端功能测试96-100
• 6.2.1 写操作需求提出及指令包构建96
• 6.2.2 写指令包的CRC校验96-97
• 6.2.3 指令包对目的用户执行97
• 6.2.4 读操作需求提出及指令构造97-98
• 6.2.5 读操作的执行98
• 6.2.6 读改写功能测试98-100
• 6.2.7 Timeout功能仿真100
• 6.3 用例测试100-104
• 6.3.1 用例一：完备功能的写操作100-101
• 6.3.2 用例二：大量数据的写操作101-102
• 6.3.3 用例三：大容量专用的写操作102-103
• 6.3.4 用例四：典型读取操作103-104
• 6.3.5 用例五：典型读改写取操作104
• 6.4 双单元结构自适应群组路由测试104-106
• 6.4.1 用例六：双路由单元操作仿真104-105
• 6.4.2 用例七：采用自适应群组结构的双路由单元仿真105-106
• 6.5 本章小结106-107
• 第7章 总结与展望107-110
• 7.1 创新点和研究总结107-108
• 7.1.1 研制RMAP用户终端IP核107
• 7.1.2 研制Space Wire路由单元IP核107-108
• 7.1.3 提出自适应群组网络性能评价机制108
• 7.2 下一步工作展望108-110
• 7.2.1 多路由单元网络的动态构建108
• 7.2.2 完善Space Wire总线平台与其他总线互联接口108-109
• 7.2.3 开展Space Wire已成熟技术的ASIC设计109-110
• 参考文献110-116
• 作者简介及在学期间发表的学术论文及研究成果116-117
• 致谢117

【参考文献】

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本文编号：594908