本文關(guān)鍵詞：星載數(shù)據(jù)路由復(fù)接與存儲技術(shù)研究

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【摘要】：隨著航天技術(shù)的不斷進(jìn)步,空間任務(wù)日漸增長的有效載荷數(shù)據(jù)傳輸、處理需求,對載荷數(shù)據(jù)處理單元的性能提出了更高要求。本文以某天文觀測衛(wèi)星應(yīng)用為背景,開展對星載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、高速多路數(shù)據(jù)復(fù)接下行和大容量固態(tài)存儲等載荷數(shù)據(jù)處理單元關(guān)鍵技術(shù)的研究,以及基于可編程門陣列(FPGA)的設(shè)計實現(xiàn)。為了滿足星上多種不同速率與特點(diǎn)的數(shù)據(jù)的傳輸需求,本文采用了Space Wire、CAN、TLK2711、UART等多種標(biāo)準(zhǔn)接口與總線技術(shù)構(gòu)建星載通信子網(wǎng),設(shè)計了基于CCSDS空間包協(xié)議的數(shù)據(jù)路由模塊,以連接各異構(gòu)子網(wǎng),為運(yùn)行于子網(wǎng)終端設(shè)備上的應(yīng)用程序提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。為連接星載子網(wǎng)與空間鏈路,實現(xiàn)衛(wèi)星到地面多路復(fù)用方式的數(shù)據(jù)傳輸,設(shè)計了基于CCSDS AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的下行網(wǎng)關(guān)模塊。通過支持多種服務(wù)和優(yōu)化虛擬信道調(diào)度策略,該模塊能夠靈活地復(fù)接多種不同類型的數(shù)據(jù),實現(xiàn)較高的下行信道利用率。對于無法實時下傳的數(shù)據(jù),需要暫時存入星上的大容量存儲設(shè)備。本文設(shè)計了基于微控制器和FPGA的NAND Flash操作管理方案,能夠靈活地進(jìn)行數(shù)據(jù)讀、寫、擦除操作,實現(xiàn)了完善的壞塊管理策略,通過數(shù)據(jù)線并行拓展、設(shè)置獨(dú)立的存儲分區(qū)、雙平面操作等方式,有效提高存儲器的吞吐率。本文采用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和CCSDS建議,以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化為原則,設(shè)計了星上載荷數(shù)據(jù)傳輸、存儲和下行的綜合解決方案。測試與聯(lián)調(diào)結(jié)果表明,設(shè)計結(jié)果實現(xiàn)了預(yù)定功能,滿足技術(shù)指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：路由 復(fù)接 固態(tài)存儲 CCSDS FPGA
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V443;TN919
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景、來源及研究意義10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 星載數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 高速多路數(shù)據(jù)復(fù)接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 星載固態(tài)存儲技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.4 星上載荷數(shù)據(jù)處理單元架構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 載荷數(shù)據(jù)管理單元總體設(shè)計18-24
• 2.1 載荷數(shù)據(jù)管理單元硬件架構(gòu)18-19
• 2.2 空間數(shù)據(jù)通信協(xié)議架構(gòu)19-20
• 2.3 FPGA軟件功能20-23
• 2.3.1 數(shù)據(jù)路由復(fù)接模塊FPGA軟件功能21-22
• 2.3.2 固態(tài)存儲模塊FPGA軟件功能22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 星載子網(wǎng)研究設(shè)計24-39
• 3.1 Space Wire網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與實現(xiàn)24-30
• 3.1.1 Space Wire協(xié)議簡介24-25
• 3.1.2 確定性和實時性傳輸25-26
• 3.1.3 RMAP可靠傳輸協(xié)議26-27
• 3.1.4 路由器芯片AT7910E27-28
• 3.1.5 Space Wire接口控制模塊FPGA軟件設(shè)計28-30
• 3.2 CAN總線接口模塊設(shè)計實現(xiàn)30-33
• 3.2.1 CAN總線協(xié)議簡介30
• 3.2.2 CAN接口控制模塊FPGA軟件設(shè)計30-32
• 3.2.3 CAN數(shù)據(jù)幀解析模塊FPGA軟件設(shè)計32-33
• 3.3 TLK2711接口模塊設(shè)計實現(xiàn)33-34
• 3.3.1 TLK2711簡介33-34
• 3.3.2 TLK2711接口控制模塊FPGA軟件設(shè)計34
• 3.4 異步/同步串口模塊設(shè)計實現(xiàn)34-35
• 3.5 子網(wǎng)互聯(lián)與數(shù)據(jù)路由35-38
• 3.5.1 CCSDS空間包協(xié)議35-36
• 3.5.2 交換矩陣設(shè)計36-38
• 3.6 本章小節(jié)38-39
• 第4章 CCSDS下行網(wǎng)關(guān)研究設(shè)計39-48
• 4.1 空間數(shù)據(jù)鏈路層功能及協(xié)議39-40
• 4.2 CCSDS AOS空間鏈路協(xié)議40-44
• 4.2.1 協(xié)議數(shù)據(jù)單元40-41
• 4.2.2 服務(wù)類型與協(xié)議實體41-44
• 4.2.3 協(xié)議操作步驟44
• 4.3 CCSDS下行網(wǎng)關(guān)FPGA軟件設(shè)計44-47
• 4.3.1 虛擬信道調(diào)度策略44-46
• 4.3.2 服務(wù)訪問點(diǎn)接口設(shè)計46
• 4.3.3 傳輸幀生成46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第5章 星載大容量固態(tài)存儲器研究設(shè)計48-58
• 5.1 NAND Flash操作管理關(guān)鍵技術(shù)48-49
• 5.2 芯片選型及介紹49-51
• 5.3 固態(tài)存儲器設(shè)計實現(xiàn)51-57
• 5.3.1 微控制器功能51-52
• 5.3.2 數(shù)據(jù)接口與緩沖區(qū)設(shè)計52-53
• 5.3.3 壞塊管理策略53-54
• 5.3.4 雙平面操作54-55
• 5.3.5 Flash控制器55-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第6章 系統(tǒng)測試與聯(lián)調(diào)58-64
• 6.1 星上通信接口與路由模塊測試59-61
• 6.2 多路數(shù)據(jù)復(fù)接模塊測試61-62
• 6.3 大容量固態(tài)存儲模塊測試62
• 6.4 綜合測試方案62-63
• 6.5 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-70
• 附錄70-73
• 致謝73

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