高速SpaceFibre总线节点的系统设计*
2021-10-10安军社江源源
祝 平,朱 岩,安军社,江源源,周 莉
(1.中国科学院 国家空间科学中心 复杂航天系统电子信息技术重点实验室, 北京 100190;2. 中国科学院大学, 北京 100049)
随着空间技术的飞速发展,星上任务的规模和复杂度也相应地提升,面对星上各类载荷设备越来越多的数据量,需要考虑不同数据源的传输需求和载荷设备之间灵活的互联方案。传统的控制器局域网络(Controller Area Network, CAN) 总线、1553 B越来越难以满足空间任务的发展需求。2003年,欧空局提出的SpaceWire总线协议支持全双工点对点和灵活的路由组网,但传输速度最高只有400 Mbit/s。
针对航天传输任务中的诸多需求,2019年欧空局在SpaceWire总线的基础上提出了面向高速传输的新一代高速互联总线网络SpaceFibre[1]的标准。SpaceFibre支持点对点全双工传输,采用8 B/10 B编码,单通道速率最高可达6.25 Gbit/s,多通道传输速率可达50 Gbit/s,支持光纤和电缆传输;支持路由网络结构,拓扑灵活,能够实现各类星载设备的互联。同时SpaceFibre能够在网络层兼容SpaceWire,实现已有SpaceWire设备的平稳升级。
SpaceFibre技术在国外的研究开始较早,逐渐成为国际上星载总线技术的研究热点。英国邓迪大学的Parks等[2-4]研发了基于各类抗辐照和商业FPGA的SpaceFibre节点知识产权(Intellectual Property,IP)核和路由IP,以及路由设备SUNRISE及配套的测试分析仪STAR Fire和STAR Fire MK3[5],并设计了一款抗辐照的SpaceFibre超高速串行接口VHiSSI[6],完成了测试和流片。德国比勒费尔德大学的Jungewelter等[7]和瑞典Cobham Gaisler公司的Siegle等[8]也研制了相关的节点IP。日本电气股份有限公司的Hiroki等[9]在研发的新型纳米桥现场可编程门阵列(NanoBridge Filed Programmable Gate Array,NBFPGA)上实现了SpaceFibre传输来自光学传感器和合成孔径雷达的高清图像,并在“创新卫星技术验证项目”中进行了验证。……
