星载数据路由复接与存储技术研究

发布时间：2017-08-27 21:01

  本文关键词：星载数据路由复接与存储技术研究

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【摘要】：随着航天技术的不断进步,空间任务日渐增长的有效载荷数据传输、处理需求,对载荷数据处理单元的性能提出了更高要求。本文以某天文观测卫星应用为背景,开展对星载数据通信网络、高速多路数据复接下行和大容量固态存储等载荷数据处理单元关键技术的研究,以及基于可编程门阵列(FPGA)的设计实现。为了满足星上多种不同速率与特点的数据的传输需求,本文采用了Space Wire、CAN、TLK2711、UART等多种标准接口与总线技术构建星载通信子网,设计了基于CCSDS空间包协议的数据路由模块,以连接各异构子网,为运行于子网终端设备上的应用程序提供端到端的数据传输服务。为连接星载子网与空间链路,实现卫星到地面多路复用方式的数据传输,设计了基于CCSDS AOS空间数据链路协议的下行网关模块。通过支持多种服务和优化虚拟信道调度策略,该模块能够灵活地复接多种不同类型的数据,实现较高的下行信道利用率。对于无法实时下传的数据,需要暂时存入星上的大容量存储设备。本文设计了基于微控制器和FPGA的NAND Flash操作管理方案,能够灵活地进行数据读、写、擦除操作,实现了完善的坏块管理策略,通过数据线并行拓展、设置独立的存储分区、双平面操作等方式,有效提高存储器的吞吐率。本文采用标准总线技术和CCSDS建议,以标准化、模块化为原则,设计了星上载荷数据传输、存储和下行的综合解决方案。测试与联调结果表明,设计结果实现了预定功能,满足技术指标。
【关键词】：路由 复接 固态存储 CCSDS FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443;TN919
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景、来源及研究意义10
• 1.2 国内外发展现状10-16
• 1.2.1 星载数据总线技术发展现状10-11
• 1.2.2 高速多路数据复接技术发展现状11-12
• 1.2.3 星载固态存储技术发展现状12-13
• 1.2.4 星上载荷数据处理单元架构发展现状13-16
• 1.3 本文的主要研究内容及结构16-18
• 第2章 载荷数据管理单元总体设计18-24
• 2.1 载荷数据管理单元硬件架构18-19
• 2.2 空间数据通信协议架构19-20
• 2.3 FPGA软件功能20-23
• 2.3.1 数据路由复接模块FPGA软件功能21-22
• 2.3.2 固态存储模块FPGA软件功能22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 星载子网研究设计24-39
• 3.1 Space Wire网络技术研究与实现24-30
• 3.1.1 Space Wire协议简介24-25
• 3.1.2 确定性和实时性传输25-26
• 3.1.3 RMAP可靠传输协议26-27
• 3.1.4 路由器芯片AT7910E27-28
• 3.1.5 Space Wire接口控制模块FPGA软件设计28-30
• 3.2 CAN总线接口模块设计实现30-33
• 3.2.1 CAN总线协议简介30
• 3.2.2 CAN接口控制模块FPGA软件设计30-32
• 3.2.3 CAN数据帧解析模块FPGA软件设计32-33
• 3.3 TLK2711接口模块设计实现33-34
• 3.3.1 TLK2711简介33-34
• 3.3.2 TLK2711接口控制模块FPGA软件设计34
• 3.4 异步/同步串口模块设计实现34-35
• 3.5 子网互联与数据路由35-38
• 3.5.1 CCSDS空间包协议35-36
• 3.5.2 交换矩阵设计36-38
• 3.6 本章小节38-39
• 第4章 CCSDS下行网关研究设计39-48
• 4.1 空间数据链路层功能及协议39-40
• 4.2 CCSDS AOS空间链路协议40-44
• 4.2.1 协议数据单元40-41
• 4.2.2 服务类型与协议实体41-44
• 4.2.3 协议操作步骤44
• 4.3 CCSDS下行网关FPGA软件设计44-47
• 4.3.1 虚拟信道调度策略44-46
• 4.3.2 服务访问点接口设计46
• 4.3.3 传输帧生成46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 星载大容量固态存储器研究设计48-58
• 5.1 NAND Flash操作管理关键技术48-49
• 5.2 芯片选型及介绍49-51
• 5.3 固态存储器设计实现51-57
• 5.3.1 微控制器功能51-52
• 5.3.2 数据接口与缓冲区设计52-53
• 5.3.3 坏块管理策略53-54
• 5.3.4 双平面操作54-55
• 5.3.5 Flash控制器55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第6章 系统测试与联调58-64
• 6.1 星上通信接口与路由模块测试59-61
• 6.2 多路数据复接模块测试61-62
• 6.3 大容量固态存储模块测试62
• 6.4 综合测试方案62-63
• 6.5 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 附录70-73
• 致谢73

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本文编号：745807