本文關(guān)鍵詞：SpaceWire總線RMAP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)性能研究

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【摘要】：SpaceWire自2003年標(biāo)準(zhǔn)化以來(lái),基于其標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議簇的技術(shù)成果也出現(xiàn)在眾多國(guó)際空間任務(wù)中。這些已實(shí)現(xiàn)的技術(shù)應(yīng)用由早期的部分實(shí)現(xiàn)向全面實(shí)現(xiàn)發(fā)展、低層實(shí)現(xiàn)向高層實(shí)現(xiàn)發(fā)展,使得Space Wire更加接近于一種適用于現(xiàn)代空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求的串行、高速、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、全雙工的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)總線。本文以Space Wire基礎(chǔ)協(xié)議和RMAP高層協(xié)議為基礎(chǔ),討論了Space Wire總線網(wǎng)絡(luò)性能的評(píng)價(jià)機(jī)制,得出利用自適應(yīng)群組路由機(jī)制搭建優(yōu)良性能的Space Wire網(wǎng)絡(luò)的理論依據(jù),從而設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了RMAP用戶終端IP核和相應(yīng)的Space Wire路由單元IP核。首先,針對(duì)星載數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)的需求,研究了RMAP的指令執(zhí)行序列和響應(yīng)機(jī)制,符合Space Wire的高層協(xié)議RMAP的規(guī)范。RMAP用戶終端IP核可以完成校驗(yàn)/非校驗(yàn)、反饋/非反饋可選的四種寫(xiě)操作,以及讀操作和讀改寫(xiě)操作;操作對(duì)象包括存儲(chǔ)單元、寄存器、FIFO和Mail;并且分類定義了總線系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中的錯(cuò)誤類型以及處理方法。其次,重點(diǎn)分析討論了Space Wire協(xié)議的自適應(yīng)群組路由機(jī)制,介紹了一種對(duì)Space Wire復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分類方法,并提出Space Wire復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)機(jī)制。Space Wire自適應(yīng)群組路由,是SpaceWire路由單元搭建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)時(shí)為保障網(wǎng)絡(luò)的通暢而增加冗余通路的機(jī)制。本文基于雙路由結(jié)構(gòu)討論了復(fù)雜拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分類,從而歸納方法評(píng)價(jià)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的性能。該方法同樣可以用于計(jì)算性能最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù),為Space Wire利用自適應(yīng)群組路由搭建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)提供理論依據(jù)。然后,參考Space Wire路由網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)方法,設(shè)計(jì)了可用于構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)路由器的基礎(chǔ)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu),并實(shí)現(xiàn)完成Space Wire路由單元IP核。根據(jù)目前星載電子系統(tǒng)的使用需求,在Space Wire路由單元中,設(shè)置8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)端口,3個(gè)專用端口以及1個(gè)主機(jī)專用端口。其中包括大容量數(shù)據(jù)通道、時(shí)間廣播碼控制模塊以及支持多樣化路由尋址的路由表,該Space Wire路由單元IP核可以用于構(gòu)建Space Wire自適應(yīng)群組復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),便于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓展。最后,對(duì)以上研究成果進(jìn)行了仿真和驗(yàn)證。對(duì)SpaceWire路由性能評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,經(jīng)過(guò)蒙特卡洛方法仿真得出該機(jī)制的有效性;搭建測(cè)試平臺(tái),采用完備的測(cè)試用例集合對(duì)設(shè)計(jì)完成的RMAP用戶終端IP核和Space Wire路由進(jìn)行仿真驗(yàn)證,可以實(shí)現(xiàn)RMAP協(xié)議規(guī)范下的操作功能。并且利用SpaceWire路由性能評(píng)價(jià)機(jī)制選用參數(shù)配比,搭建性能更優(yōu)的SpaceWire高性能數(shù)據(jù)總線平臺(tái)。
【關(guān)鍵詞】：空間數(shù)據(jù)總線 SpaceWire RMAP 自適應(yīng)群組路由
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V446;TP336
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-16
• 第1章 緒論16-29
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 星載數(shù)據(jù)總線的發(fā)展17-19
• 1.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的分析19-25
• 1.3.1 Space Wire協(xié)議簇的標(biāo)準(zhǔn)化19-20
• 1.3.2 Space Wire技術(shù)在國(guó)際空間任務(wù)中的應(yīng)用20-22
• 1.3.3 Space Wire的應(yīng)用產(chǎn)品發(fā)展?fàn)顩r22-25
• 1.4 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀25-26
• 1.5 研究目標(biāo)和意義26-27
• 1.6 論文的組織架構(gòu)27-29
• 第2章 基于RMAP的SPACEWIRE總線介紹29-59
• 2.1 SPACEWIRE總線介紹29-34
• 2.2 RMAP協(xié)議概述34-35
• 2.3 RMAP寫(xiě)指令功能35-40
• 2.3.1 指令流程設(shè)計(jì)35-37
• 2.3.2 指令錯(cuò)誤及處理方法37-38
• 2.3.3 寫(xiě)指令指令包格式設(shè)計(jì)38-40
• 2.4 RMAP讀指令功能40-45
• 2.4.1 讀指令流程設(shè)計(jì)40-42
• 2.4.2 讀指令錯(cuò)誤及處理方法42
• 2.4.3 讀指令包格式42-45
• 2.5 讀改寫(xiě)指令功能45-50
• 2.5.1 改寫(xiě)指令流程設(shè)計(jì)45-47
• 2.5.2 改寫(xiě)指令錯(cuò)誤及處理方法47-48
• 2.5.3 改寫(xiě)指令包格式48-50
• 2.6 誤碼字標(biāo)志50-52
• 2.7 指令的操作對(duì)象52-58
• 2.7.1 寫(xiě)入存儲(chǔ)器52-54
• 2.7.2 讀取存儲(chǔ)器54-56
• 2.7.3 讀寫(xiě)寄存器56
• 2.7.4 寫(xiě)入FIFO56-57
• 2.7.5 讀取FIFO57-58
• 2.8 本章小結(jié)58-59
• 第3章 RMAP用戶終端和SPACEWIRE路由器的IP核設(shè)計(jì)59-75
• 3.1 整體設(shè)計(jì)59-61
• 3.2 RMAP TERMINAL硬件設(shè)計(jì)61-66
• 3.2.1 RMAP用戶終端的主要工作61-62
• 3.2.2 RMAP接口模塊模塊設(shè)計(jì)62-63
• 3.2.3 RMAP接口模塊中的緩存空間設(shè)計(jì)63-66
• 3.3 SPACEWIRE接口模塊模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)66-69
• 3.4 SPACEWIRE ROUTER硬件設(shè)計(jì)69-74
• 3.4.1 Spacewire路由單元架構(gòu)設(shè)計(jì)69-70
• 3.4.2 Cross Bar架構(gòu)及仲裁機(jī)制設(shè)計(jì)70-71
• 3.4.3 尋址方式及路由表設(shè)計(jì)71-73
• 3.4.4 Time-Code時(shí)間廣播碼設(shè)計(jì)73-74
• 3.5 本章小結(jié)74-75
• 第4章 SPACEWIRE總線平臺(tái)自適應(yīng)群組的性能評(píng)價(jià)機(jī)制75-86
• 4.1 性能評(píng)價(jià)機(jī)制的研究思路75-76
• 4.2 雙路由單元定義方法76-77
• 4.3 路由單元組性能評(píng)價(jià)方法77-80
• 4.3.1 系統(tǒng)傳輸時(shí)間計(jì)算方法77-79
• 4.3.2 資源耗費(fèi)量計(jì)算方法79-80
• 4.4 多路由拓?fù)湎到y(tǒng)性能評(píng)價(jià)方法80-85
• 4.4.1 基本參數(shù)及約束條件定義81
• 4.4.2 多路由拓?fù)湎到y(tǒng)的傳輸時(shí)間計(jì)算81-84
• 4.4.3 多路由拓?fù)湎到y(tǒng)的資源耗費(fèi)84-85
• 4.5 本章小結(jié)85-86
• 第5章 自適應(yīng)群組網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)機(jī)制的仿真86-95
• 5.1 評(píng)價(jià)機(jī)制的仿真86-87
• 5.1.1 雙路由單元系統(tǒng)的仿真方法86
• 5.1.2 多路由單元系統(tǒng)的仿真方法86-87
• 5.2 仿真對(duì)比及驗(yàn)證87-92
• 5.2.1 性能測(cè)試對(duì)比87-90
• 5.2.2 最佳傳輸接口配置方法90-92
• 5.3 實(shí)際空間電子系統(tǒng)中路由單元端口數(shù)的討論92-94
• 5.4 本章小結(jié)94-95
• 第6章 SPACEWIRE總線RMAP協(xié)議 IP核仿真驗(yàn)證95-107
• 6.1 仿真驗(yàn)證思路95-96
• 6.2 RMAP用戶終端功能測(cè)試96-100
• 6.2.1 寫(xiě)操作需求提出及指令包構(gòu)建96
• 6.2.2 寫(xiě)指令包的CRC校驗(yàn)96-97
• 6.2.3 指令包對(duì)目的用戶執(zhí)行97
• 6.2.4 讀操作需求提出及指令構(gòu)造97-98
• 6.2.5 讀操作的執(zhí)行98
• 6.2.6 讀改寫(xiě)功能測(cè)試98-100
• 6.2.7 Timeout功能仿真100
• 6.3 用例測(cè)試100-104
• 6.3.1 用例一：完備功能的寫(xiě)操作100-101
• 6.3.2 用例二：大量數(shù)據(jù)的寫(xiě)操作101-102
• 6.3.3 用例三：大容量專用的寫(xiě)操作102-103
• 6.3.4 用例四：典型讀取操作103-104
• 6.3.5 用例五：典型讀改寫(xiě)取操作104
• 6.4 雙單元結(jié)構(gòu)自適應(yīng)群組路由測(cè)試104-106
• 6.4.1 用例六：雙路由單元操作仿真104-105
• 6.4.2 用例七：采用自適應(yīng)群組結(jié)構(gòu)的雙路由單元仿真105-106
• 6.5 本章小結(jié)106-107
• 第7章 總結(jié)與展望107-110
• 7.1 創(chuàng)新點(diǎn)和研究總結(jié)107-108
• 7.1.1 研制RMAP用戶終端IP核107
• 7.1.2 研制Space Wire路由單元IP核107-108
• 7.1.3 提出自適應(yīng)群組網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)機(jī)制108
• 7.2 下一步工作展望108-110
• 7.2.1 多路由單元網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)構(gòu)建108
• 7.2.2 完善Space Wire總線平臺(tái)與其他總線互聯(lián)接口108-109
• 7.2.3 開(kāi)展Space Wire已成熟技術(shù)的ASIC設(shè)計(jì)109-110
• 參考文獻(xiàn)110-116
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果116-117
• 致謝117

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：594908