(高清版)GB∕T 38065-2019 航天器SpaceWire總線技術(shù)要求

國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 1 1 13.2縮略語(yǔ) 4 4 44.2協(xié)議棧 5 65.1物理層 6 65.1.2連接器 65.1.3電纜組件 7 95.2信號(hào)層 9 9 5.2.4鏈路速率 5.3字符層 5.3.1數(shù)據(jù)字符 5.3.2控制字符 5.3.4奇偶校驗(yàn) 5.3.5初始傳輸字符 5.3.6鏈路發(fā)送器/接收器與主機(jī)系統(tǒng)接口 5.4交換層 5.4.1鏈路字符和標(biāo)準(zhǔn)字符 5.4.4鏈路狀態(tài)機(jī) 5.5.1包的定義 21 Ⅱ 5.6.1基本特性 215.6.2SpaceWire路由 24 5.6.5網(wǎng)絡(luò)時(shí)間 246故障恢復(fù)機(jī)制 256.1交換層故障及處理 6.2網(wǎng)絡(luò)層故障及處理 25 6.2.2接收到包錯(cuò)誤結(jié)束字符處理 266.3鏈路錯(cuò)誤恢復(fù) 6.4應(yīng)用層故障處理 266.4.2鏈路初始化超時(shí)故障處理 27 7典型應(yīng)用 7.1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7.2工藝設(shè)計(jì) 7.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Ⅲ1航天器SpaceWire總線技術(shù)要求下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引IEEE1355—1995異構(gòu)互連(HIC)(低成本，用于并行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)低延遲可擴(kuò)展串行互連)[IEEEStandardforHeterogeneousInterConnect(HIEEE1596.3—1996可量測(cè)相干接口(SCI)用低壓差動(dòng)信號(hào)(LVDS)[IEEEStandardforLow-VoltageDifferentialSignals(兩個(gè)SpaceWire端口之間用于傳輸數(shù)據(jù)和控制信息的雙向鏈接。f23由一個(gè)ESC和一個(gè)FCT組成的控制碼。SpaceWire總線接口，包含一個(gè)從主機(jī)系統(tǒng)取數(shù)發(fā)送到SpaceWire鏈路上的發(fā)送器；一個(gè)從4CCSDS:空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)(consultativEEP:包錯(cuò)誤結(jié)束字符(errorendofpacket)EMC:電磁兼容性(electromagneticcompatibility)EOP:包結(jié)束字符(endofpacket)FCT:流控制令牌字符(flowcontroltoFIFO:先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(firstinfirstoutmemory)L-Char:鏈路字符(link-character)LSB:最低有效位(leastsignificantbit)LVDS:低電壓差分信號(hào)(lowvoltageMSB:最高有效位(leastsignificantbit)N-Char:標(biāo)準(zhǔn)字符(normal-character)PCB:印制電路板(printedcircuitboard)4一般要求5路由器節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)符號(hào)包圖3SpaceWire協(xié)議棧示意圖b)信號(hào)層提供可靠的信號(hào)傳輸模式。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了信號(hào)經(jīng)DS編碼后以LVDS電平形式傳輸，6SpaceWire電纜由4對(duì)相互絕緣的雙絞屏蔽線和外絕緣層構(gòu)成。差分對(duì)之內(nèi)的信號(hào)偏斜應(yīng)小于0.05ns/m;9芯連接器的接點(diǎn)定義如表1和圖4所示。2345Dout—6Din—7Sin一897連接內(nèi)屏蔽連接內(nèi)屏蔽圖4SpaceWire連接器接點(diǎn)定義圖連接器通過(guò)飛線連接到印制板，所有飛線修剪等長(zhǎng)，差分對(duì)進(jìn)行雙絞。若連接器接點(diǎn)3與內(nèi)屏蔽層連接，則從內(nèi)屏蔽層引線連接到印制板的信號(hào)地。5.1.3電纜組件電纜組件由兩個(gè)相同的連接器和一根電纜組成。電纜的最大長(zhǎng)度取決于D信號(hào)和S信號(hào)的偏斜、抖動(dòng)及信號(hào)衰減。電纜組件的差分對(duì)之內(nèi)的信號(hào)偏斜應(yīng)小于0.05ns/m。電纜組件的差分對(duì)之間的信號(hào)偏斜應(yīng)小于0.1ns/m。電纜組件的連接有兩種方式，方式一如圖5和表2所示，方式二如圖6和表3所示。AAB5976外屏蔽層內(nèi)屏蔽層圖5SpaceWire電纜組件連接方式一示意圖8電纜9A-Din—65B-Dout—28A-Sin—74B-Sout—(與差分對(duì)5,9、4,8的內(nèi)屏蔽層相連)33(與差分對(duì)5,9、4,8的內(nèi)屏蔽層相連)82A-Sout—4791A-Dout—56B-Din—連接方式一的要求如下：a)Dout+/Dout一差分對(duì)與Sout+/Sout一差分對(duì)的內(nèi)屏蔽層應(yīng)相連，并連接到連接器接點(diǎn)3;b)連接器與電纜的連接處宜使用金屬尾罩，以取得良好的力學(xué)保護(hù)和電磁屏蔽效果；c)電纜外屏蔽層與連接器殼體應(yīng)良好結(jié)合，搭接電阻小于10mΩ;d)金屬尾罩與連接器主體應(yīng)良好結(jié)合，搭接電阻小于10mΩ;e)兩個(gè)連接器的接點(diǎn)3可連接或不連接，根據(jù)系統(tǒng)及設(shè)備的接地設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，推薦連接。BB9483Din-Dout-A9電纜19A-Din一65B-Dout—28A-Sin—74B-Sout—相連)/空點(diǎn)33相連)/空點(diǎn)82A-Sout—47B-Sin—91A-Dout—56B-Din—連接方式二的要求如下：a)4個(gè)差分對(duì)的內(nèi)屏蔽內(nèi)均與連接器殼體應(yīng)良好結(jié)合，搭接b)連接器與電纜的連接處宜使用金屬尾罩，以取得良好的力學(xué)保護(hù)和電磁屏蔽效果；c)電纜外屏蔽層應(yīng)與連接器殼體或金屬尾罩全方位連接，搭接電阻小于10mQ;d)金屬尾罩與連接器主體應(yīng)良好結(jié)合，搭接電阻小于10mQ;e)兩個(gè)連接器的接點(diǎn)3可連接或不連接，根據(jù)系統(tǒng)及設(shè)備的接地設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，推薦連接。LVDS差分特性如圖8所示：c)差分信號(hào)的幅值為2Vx;d)差分信號(hào)的上升時(shí)間(Tr)和下降時(shí)間(T:)應(yīng)不小于260ps,最大為2ns或0.3T(兩者取較小e)LVDS差分信號(hào)的過(guò)沖幅值應(yīng)不大于0.4Vtx。Out--0.6V一T圖8LVDS信號(hào)差分特性a)LVDS差分信號(hào)眼圖應(yīng)跨接在接收器端接電阻兩端進(jìn)行測(cè)試；b)示波器和差分探頭的帶寬應(yīng)大于最大鏈路速率的3.5倍；d)LVDS接收信號(hào)眼圖應(yīng)落在如圖9所示的灰色區(qū)域之外；e)LVDS接收器的輸入電壓范圍應(yīng)為0V～+2.4V;f)LVDS接收器的差分輸入端電壓值應(yīng)不大g)幅值大于+100mV的差分信號(hào)將被接收器譯為邏輯1;h)幅值小于—100mV的差分信號(hào)將被接收器譯為邏輯0。圖9LVDS接收信號(hào)眼圖質(zhì)量要求示意圖5.2.1.3LVDS失效保護(hù)措施LVDS失效保護(hù)措施如下：a)下列情況發(fā)生時(shí)，LVDS接收器的輸出應(yīng)鎖定為高阻態(tài)且不能出現(xiàn)振蕩：1)LVDS發(fā)送器未加電；2)LVDS發(fā)送器使能無(wú)效(輸出高阻態(tài));3)LVDS接收器輸入端開路(例如電纜斷開);b)LVDS發(fā)送器未加電時(shí)，輸出端應(yīng)為高阻態(tài)，且泄漏電流小于10μA;c)LVDS接收器未加電時(shí)，輸入端應(yīng)為高阻態(tài)，且泄漏電流小于10μA。5.2.2信號(hào)編碼SpaceWire采用DS編碼方式，編碼規(guī)則：D信號(hào)與數(shù)據(jù)位流一致，即當(dāng)數(shù)據(jù)位為1時(shí)為高電平，當(dāng)數(shù)據(jù)位為0時(shí)為低電平；S信號(hào)則在相鄰數(shù)據(jù)位不變化時(shí)翻轉(zhuǎn)電平，如圖10所示。5.2.3SpaceWire鏈路SpaceWire鏈路為雙向、點(diǎn)到點(diǎn)的鏈接，每方向包含2對(duì)差分對(duì)：D信號(hào)差分對(duì)和S信號(hào)差分對(duì)。5.2.4鏈路速率5.2.4.1初始鏈路速率SpaceWire鏈路復(fù)位或斷開之后，以(10±1)Mbit/s的初始鏈路速率建立鏈接。鏈接建立后，可通過(guò)指令設(shè)置鏈路速率。數(shù)據(jù)字符為編碼后字符為10位，含1位校驗(yàn)位、1位數(shù)據(jù)控制位和8位數(shù)據(jù)；其中，數(shù)據(jù)控制位為圖11數(shù)據(jù)字符示當(dāng)前為控制字符。SpaceWire定義了四種控制字符，分別為流控制令牌字符(FCT)、包結(jié)束字符(EOP)、包錯(cuò)誤結(jié)束字符(EEP)以及轉(zhuǎn)義字符(ESC),如圖12所示。PP0PP10001圖12控制字符圖13控制碼編碼后的1位校驗(yàn)位用于檢測(cè)傳輸過(guò)程中每個(gè)數(shù)據(jù)字符或控制字符是否出錯(cuò)，校驗(yàn)位的作用范圍為數(shù)據(jù)字符的低8位或控制字符的低2位、當(dāng)前校驗(yàn)位和當(dāng)前數(shù)據(jù)控制位，如圖14所示。SpaceWire圖14奇偶校驗(yàn)作用范圍第一個(gè)第一個(gè)Null-0圖15鏈路啟動(dòng)時(shí)首個(gè)傳輸字符(Null)數(shù)據(jù)位(MSB…LSB)01xxxxxxx0(一般采用00000000)1xxxxxxxl(一般采用00000001)交換層有兩類字符，分別是鏈路字符(link-character,L-Char)和標(biāo)準(zhǔn)字符(normal-character,a)每個(gè)FCT指示可以接收8個(gè)N-Char:SpaceWire端口發(fā)出一個(gè)FCT,則表明該端口可以再接發(fā)送一個(gè)N-Char,計(jì)數(shù)器減1;個(gè)新的FCT,將計(jì)數(shù)器置為8;收一個(gè)N-Char,計(jì)數(shù)器減1;轉(zhuǎn)義錯(cuò)誤/接收到FCT/接收到N-Char/接收到N-Char/鏈路使能+鏈路啟動(dòng)鏈路使能+自啟動(dòng)+接收妙%1)端口復(fù)位；2)清除發(fā)送使能控制位；3)清除接收使能控制位；4)發(fā)送信用計(jì)數(shù)器置0;5)接收信用計(jì)數(shù)器置0;2)清除發(fā)送使能控制位；1)清除發(fā)送使能控制位；2)持續(xù)發(fā)送Null;3)無(wú)數(shù)據(jù)字符和控制字符發(fā)送時(shí)持續(xù)發(fā)送Null;5)置位接收使能控制位；6)接收到FCT時(shí)，向字符層發(fā)送N-Char并寄存接收到的Time-Code。2)無(wú)數(shù)據(jù)字符和控制字符發(fā)送時(shí)持續(xù)發(fā)送Null;3)置位接收使能控制位；5)將接收到的Time-Code發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)層。啟動(dòng)發(fā)送NullB端檢測(cè)到A端發(fā)送的Null,并置位Null接收標(biāo)識(shí)位，無(wú)啟動(dòng)發(fā)送Null啟動(dòng)啟動(dòng)發(fā)送Null啟動(dòng)發(fā)送NullB端發(fā)送一個(gè)Null,之前Null接收標(biāo)識(shí)已置位，因此跳轉(zhuǎn)至啟動(dòng)發(fā)送NullA端檢測(cè)到B端發(fā)送的Null,跳轉(zhuǎn)至連B端發(fā)送FCT和Null(無(wú)其他字符需要發(fā)送時(shí))A端發(fā)送FCT和Null(無(wú)其他字符需要發(fā)送時(shí))B端發(fā)送FCT和Null(無(wú)其他字符需要發(fā)送時(shí))A、B兩端均進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)，正常發(fā)送N-Char、FCT、和N發(fā)送NullNull接收到FCT接收使能發(fā)送Null接收到Null發(fā)送FCT/Null接收到FCTN-Char/Null接收使能連接超時(shí)的850ns應(yīng)在727ns[8個(gè)10(1+10%)MHz的時(shí)鐘周期]～1000ns[8個(gè)10(1-10%)包層協(xié)議繼承了IEEE1355—1995定義的組包層協(xié)議，規(guī)定了源端到宿端的數(shù)據(jù)包格式。SpaceWire傳輸包格式如圖18所示。目的地址5.5.2CCSDS包在SpaSpaceWire總線協(xié)議包含若干從屬協(xié)議，CCSDS包傳輸協(xié)議為其中之一，對(duì)航天器中常用的包長(zhǎng)度為7字節(jié)～65542字節(jié)。5.5.2.3CCSDS包的SpaceWire網(wǎng)絡(luò)傳輸格式在SpaceWire網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)腃CSDS包格式如圖19所示。目的地址1CCSDS包(首字節(jié))CCSDS包(尾字節(jié))圖19SpaceWire網(wǎng)絡(luò)上的CCSDS包傳輸格式5.6網(wǎng)絡(luò)層節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)表6路由地址地址范圍0內(nèi)部配置口物理輸出口邏輯地址，映射到物理輸出口保留c)多個(gè)輸入端口等待使用一個(gè)輸出端口時(shí)，該輸出端口當(dāng)前包傳輸結(jié)束后應(yīng)對(duì)多個(gè)輸入端口進(jìn)b)一個(gè)SpaceWire節(jié)點(diǎn)應(yīng)從主系統(tǒng)接收包流并向SpaceWire鏈路發(fā)送，或從SpaceWire鏈路接a)一個(gè)SpaceWire網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包含兩個(gè)或多個(gè)SpaceWire節(jié)點(diǎn)及零個(gè)或多個(gè)SpaceWire路由器；b)SpaceWire節(jié)點(diǎn)和SpaceWire路由器之間應(yīng)通過(guò)SpaceWire鏈路連接；c)包從一個(gè)SpaceWire節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)SpaceWire節(jié)點(diǎn)，應(yīng)經(jīng)過(guò)SpaceWire鏈路或者d)SpaceWire節(jié)點(diǎn)和SpaceWire路由器可通過(guò)RMAP指令進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制SpaceWire從屬協(xié)議。SpaceWire時(shí)間碼由一個(gè)ESC字符和一個(gè)數(shù)據(jù)字符組成，數(shù)據(jù)字符由6位計(jì)時(shí)器和2個(gè)控制位SpaceWire網(wǎng)絡(luò)中僅有一個(gè)SpaceWire端口被允許向網(wǎng)絡(luò)廣播時(shí)間碼，時(shí)間碼由與之連接的主機(jī)從0～63循環(huán)。其中，時(shí)間主機(jī)系統(tǒng)周期性發(fā)當(dāng)SpaceWire鏈路的一端周期性地發(fā)出有效的時(shí)間碼時(shí)，鏈路另一端的SpaceWire接口接收時(shí)間b)SpaceWire節(jié)點(diǎn)接收到EEP應(yīng)通知應(yīng)用層處理。c)在EOP或EEP之后緊接著又收到一個(gè)EOP或EEP,則認(rèn)為接收到一個(gè)沒有目的地址的空b)斷開鏈路；c)若斷開前的N-Char不是EOP,則向接收緩存寫入一個(gè)EEP;詳見圖21。EOPEOP 4.刪除下一個(gè)EOP之前的數(shù)(含下一個(gè)EOP)