基于FPGA的高速實(shí)時(shí)/回放分級復接器設計

3.3 存儲和調度算法設計

AOS高速實(shí)時(shí) /回放分級復接器的設計重點(diǎn)在于虛擬信道調度的算法。高速率、高信道利用率的虛擬信道調度策略的設計是分級復接器設計的關(guān)鍵技術(shù)之一。調度策略算法的合理設計將保證AOS高速實(shí)時(shí) /回放分級復接器能夠高效、有序地完成存儲和復接傳輸的功能任務(wù)。本設計的虛擬信道調度算法框圖如圖 2所示。

在各級工作狀態(tài)下，首先由信源速率確定各虛擬信道的優(yōu)先級。然后復接器根據各數據源緩存區和存儲單元的存儲空滿(mǎn)狀況確定接入的虛擬信道。

在第一級復用狀態(tài)下，被選擇接入的虛擬信道業(yè)務(wù)數據單元將以CCSDS AOS的標準幀格式存入存儲單元，存儲單元的寫(xiě)使能僅在接入有效數據幀時(shí)打開(kāi)，保證只有有效的數據幀才能進(jìn)入存儲單元，以節省存儲空間。進(jìn)入在第二級復用狀態(tài)以后，存儲單元中的歷史數據與其他路實(shí)時(shí)數據一起復接下行，各路異步數據緩存根據現有存儲狀況向虛擬信道調度模塊發(fā)出傳輸請求，虛擬信道調度模塊根據優(yōu)先級策略選擇接入的異步信道。如果沒(méi)有有效的異步數據，則根據填充機制發(fā)送填充數據。

對于A(yíng)OS高速實(shí)時(shí)/回放分級復接器而言，傳輸幀主幀頭中的虛擬信道標識、虛擬信道幀計數和回放標志的設計是存儲和虛擬信道調度的關(guān)鍵標識。虛擬信道標識區分了接入信道的各路數據，回放標志區分了實(shí)時(shí)數據和歷史數據，而虛擬信道幀計數記錄了每一路信道各幀數據的先后順序。為了保證地面接收到載荷數據以后可以完整、無(wú)誤、便捷地還原歷史數據，兩級復接成幀時(shí)使用了統一的虛擬信道幀計數和虛擬信道標識。這樣在發(fā)送端經(jīng)過(guò)兩次復接之后下行的數據，在地面接收端只要進(jìn)行一次解幀就可以還原。因此使用這種靈活的設計，不必改變現有的地面接收設備，使AOS高速實(shí)時(shí)/回放分級復接器具有很強的可移植性。兩級復接后歷史數據信道主幀頭的仿真結果如圖 3所示。

3.4 硬件驗證演示系統及測試結果

搭建如圖4所示的驗證演示系統，對AOS高速實(shí)時(shí) /回放分級復接器的功能進(jìn)行驗證。在演示系統的發(fā)送端，圖像數據轉換為碼流，和科學(xué)實(shí)驗數據一起作為高速分級復接器的信號源，進(jìn)入復接器為信號源準備的緩存區中。經(jīng)高速分級復接器復接下行后，成為一路串行輸出。接收端將接收到的串行碼流經(jīng)過(guò)幀同步后送到接收與分路處理設備進(jìn)行虛擬信道分路，并提取各虛擬信道的業(yè)務(wù)數據單元，最后送到計算機終端，在計算機終端可以分別看到恢復完整的科學(xué)實(shí)驗數據和圖像數據。

測試結果表明， AOS高速實(shí)時(shí)/回放分級復接器可以較好地進(jìn)行存儲和復接任務(wù)，各虛擬信道數據保持流暢，無(wú)丟失現象，串行輸出速率為50Mbps。

4．結束語(yǔ)

本文介紹了 CCSDS協(xié)議高級在軌系統的復用方式和AOS傳輸幀結構，提出了兩級復用的構想，探討了AOS實(shí)時(shí)/回放分級復接器的硬件實(shí)現和技術(shù)方案。由于采用FPGA大規模邏輯器件，同時(shí)對AOS協(xié)議進(jìn)行了合理的剪裁，使設計體積小、性能靈活且易于移植。本課題的研究將為航天應用工程中數據處理關(guān)鍵設備的集成提供思路，對進(jìn)一步研制輕小靈活、高效適用的星載數據管理設備具有指導意義。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：第一，提出了兩級復用的理念，充分利用全異步復用靈活及高效的特點(diǎn)，通過(guò)對CCSDS AOS協(xié)議進(jìn)行合理的剪裁，使兩級復用相互配合，完成兼顧存儲、復接和回放的任務(wù)。第二，給出了基于FPGA的AOS實(shí)時(shí)/回放分級復接器的完整設計方案，設計思想靈活，在發(fā)送端經(jīng)過(guò)兩次復接之后下行的數據，在地面接收端只要進(jìn)行一次解幀就可以還原，不必改變原有的地面接收設備，具有很強的可移植性。