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SpaceWire 总线接口终端的设计与实现 The Design and Realization of SpaceWire Interface Terminal 1，2 2 （1 中国科学院研究生院；2 中国科学院空间科学与应用研究中心）陈健飞 曹松 CHEN JIANFEI1，2 2 CAO SONG 摘要:SpaceWire 是面向航天应用的高速串行总线协议，本文介绍了 SpaceWire 总线接口终 端的硬件设计方案、FPGA 设计、仿真验证及电路测试结果。 关键词: SpaceWire；CPU；双口 RAM；FPGA；存储器。 中图分类号：TN91 文献标识码：B Abstract: SpaceWire is a high-speed serial bus protocol for aerospace applications. This article describes the SpaceWire bus terminal’s hardware design, FPGA design, results of simulation and circuit tests. Key words: SpaceWire; CPU; dual-port RAM; FPGA; memory. 1. 引言 星载数据总线是航天器中各设备之间完成通信、信息共享和数据交换的通道。随着空间 探测的发展，航天器上携带的设备越来越多，并且出现了成像设备，导致了星载设备产生和 待处理的数据量迅猛增长，这就对总线的数据传输速度提出了更高要求。 SpaceWire 是一种为更好地满足星载设备间高速数据传输需求而提出的一种串行、高速 (2 Mbit／s 至 400 Mbit／s，目前所实现宇航级节点器件的速度 200Mbit/s)、点到点、全 双工星载数据传输网络标准，于 2003 年1 月正式成为欧空局标准。在国外，ESA、NASA、JAXA 以及国际空间站等的多个已经在轨飞行和将要发射的空间探测任务中，SpaceWire 技术已经 和正在被成功地应用。 我们结合我国航天某任务，使用 SpaceWire 总线设计出了用于接收高速图像数据 SpaceWire 总线接口终端，本文将对其硬件设计方案、FPGA设计和仿真测试结果进行阐述。 2. 硬件设计方案 某任务中，存储器需要通过总线接收来自 CCD 相机的瞬时速率达 98Mbps 的高速图像数 据。面对如此高的数据速率，航天器上被广泛采用过的低速总线（如 1553B 等）已不能满足 需求；在高速总线中，SpaceWire 总线是专门为空间应用而提出的,具有高速率、低功耗、 抗辐照特别是简单易用的特点，优于其他商业来源的总线，并且ATMEL公司研制的SpaceWire 协议芯片 AT7911E 已经过飞行验证，所以 SpaceWire 总线是该任务的最优选择。 所设计的 SpaceWire 接口终端电路的结构框图如图 1 所示。   图1. SpaceWire接口终端电路结构框图 1  该终端要通过 SpaceWire 总线实现接收图像数据和发送 CPU控制命令两个功能。当收到 CCD 相机的高速图像数据时，协议芯片根据配置信息将图像数据以数据包为单位缓存到双口 RAM 中，然后通知 FPGA 到双口 RAM 对应的存储空间取出数据并送给存储器；当 CPU 有控制 命令需要发送时，FPGA将待发送命令从 CPU 取出并通过配置口写入协议芯片的发送 FIFO。 FPGA 在电路中处于核心地位，它需要完成三大功能：执行 CPU 的控制命令，并向 CPU 反馈状态信息；配置和管理 SpaceWire 总线，监测和控制链路；从双口 RAM中读取缓存