CN205792659U - 一种基于SpaceWire总线的APS冗余*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于SpaceWire总线的APS冗余***,由计算机、PC总线、SpaceWire节点1,SpaceWire总线节点2,以及执行器组成。计算机通过PC总线与SpaceWire总线节点1相连接,总线节点1和节点2之间通过两组双向收发的总线电缆连接,SpaceWire总线节点2与执行器相连接。节点1与节点2分别配置有APS自动倒换装置。本实用新型在满足SpaceWire总线协议的前提下,另外开发设计带有冗余功能的SpaceWire总线节点,采用自动保护倒换装置,将互为主备的两个SpaceWire节点联系起来,实现SpaceWire总线的主备冗余倒换功能,大大提高了SpaceWire总线传输的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型的一种基于SpaceWire总线的APS冗余***,属于航天通信技术领域,具体涉及一种基于SpaceWire总线的APS(Auto-Protection Switch)自动保护倒换冗余技术。
背景技术
SpaceWire总线是由欧空局、欧洲空间公司和学术界共同制定提出的一种全新的高速(2Mb/s~400Mb/s)、点对点、全双工的串行总线网络。总线标准致力于航天器有效载荷***数据和控制信息的处理,以满足未来高性能高速数据传输为目标,提供一种统一的用来连接传感器、数据处理单元、大容量存储器的基础架构。SpaceWire总线具有很好的电磁兼容特性,同时加强了在线错误检测与恢复、故障处理和保护以及时间广播等方面的功能。
上述优点使得SpaceWire总线在众多航天总线中脱颖而出,受到国内外越来越多的科研组织关注,并开始或将要为多个航天任务服务。近年来,SpaceWire总线先后在ESA、NASA和JAXA的发射任务中得以成功应用。中国风云四号气象卫星计划将SpaceWire总线作为主控网络。
在对长期有效、可靠运行有特殊要求的领域,冗余是重要的容错技术之一,是提高整机及***可靠性的一种重要设计技术。SpaceWire标准包括物理层、信号层、字符层、交换层、信息包层以及网络层六层。实际上其中的物理层、信号层和字符层对应于OSI模型的物理层,而交换层、包层和网络层对应于OSI模型的链路层。在SpaceWire规范中,并未提供有关冗余机制。实现这一机制有很多方法,但没有一种称为SpaceWire规范。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于SpaceWire总线的APS冗余***,以提高SpaceWire总线可靠性为目标,对其传输链路、通信协议、关键设备等的冗余技术进行研究,根据SpaceWire总线协议特点,结合现有的冗余技术,提出一种自动保护倒换装置(APS),将互为主备的两个SpaceWire节点联系起来实现SpaceWire总线的主备冗余倒换功能,大大提高了SpaceWire总线传输的可靠性。
为解决上述的技术问题,本实用新型采用以下技术方案:
一种SpaceWire总线的APS冗余***,通过SpaceWire总线节点的APS装置,实现***的冗余,确保总线传输的可靠性。SpaceWire总线冗余验证***由计算机、PC总线、SpaceWire节点1,SpaceWire总线节点2,以及执行器组成。计算机通过PC总线与SpaceWire总线节点1相连接,总线节点1和节点2之间通过两组双向收发的总线电缆连接,SpaceWire总线节点2与执行器相连接。节点1与节点2分别配置有APS自动倒换装置。正常工作情况下,仅有主收、主发链路工作,备收与备发不工作,当主收或主发链路发生故障时,APS装置保证***自动切换到备收和备发链路上,确保设备间的正常通讯。
一种基于SpaceWire总线的APS冗余***,在满足SpaceWire总线协议的前提下,另外开发设计带有冗余功能的SpaceWire总线节点。采用自动保护倒换装置,将互为主备的两个SpaceWire节点联系起来,实现SpaceWire总线的主备冗余倒换功能。具体的冗余方法包括如下步骤:
步骤S1:基于SpaceWire总线的数据通信开始后,APS自动保护倒换装置开始工作;
步骤S2:APS模块将两个独立的SpaceWire节点模块联系起来,APS模块不断检测两个互为主备的SpaceWire节点的工作状态;
步骤S3:APS模块检测到主节点链路发生故障(LOS-A:Loss of Signal for NodeA)时,APS模块利用远端失效指示信号(RDI-B:Remote Defect Indicator for Node B)通过备用节点链路向对端发出倒换请求数据码,对端的备用接收模块收到该倒换请求数据码后,产生倒换信号给对端的APS模块,APS模块收到后立即将对端的总线切换到备用SpaceWire总线上,同时对端的备用发送模块发送倒换确认数据码给本端备用节点,本端备用节点收到倒换确认数据码后,产生本地倒换信号给本地APS模块,本端APS立即将本地的总线切换到备用SpaceWire总线上,完成冗余保护倒换。
其中,正常工作情况下,仅有主节点链路工作,备用节点链路不工作,当主要节点链路发生故障时,APS装置自动切换到备用节点链路上,保证设备间的通讯正常。
其中,正常工作情况下,APS模块不断检测两个互为主备的SpaceWire节点的工作状态;当检测到链路发生故障时,APS模块能够与SpaceWire节点收发数据信号,互相通信,完成总线的切换,实现冗余保护功能。
本实用新型一种基于SpaceWire总线的APS冗余***,其优点及功效在于:在满足SpaceWire总线协议的前提下,另外开发设计带有冗余功能的SpaceWire总线节点,采用自动保护倒换装置,将互为主备的两个SpaceWire节点联系起来,实现SpaceWire总线的主备冗余倒换功能,大大提高了SpaceWire总线传输的可靠性。
附图说明
图1 SpaceWire总线冗余验证***原理。
图2带自动保护倒换APS功能的SpaceWire总线板卡。
图3 APS倒换工作原理示意图之上游主发送到下游主接收链路发生故障。
图4 APS倒换工作原理示意图之下游主发送到上游主接收链路发生故障。
图5 APS倒换工作原理示意图之双向链路发生故障。
图6总线冗余验证***主链路中主发故障。
图7总线冗余验证***主链路中主收故障。
图8总线冗余验证***主链路中主收和主发同时故障。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明,本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
传统的SpaceWire总线板卡(带两个独立SpaceWire节点)实例化两个节点IP作为双通道。每个节点IP包含以下子模块:主机控制接口(HCI)、发送器(带有Credit-Counter模块)、接收器(带有OutstandingCounter模块)、接口主状态机(FSM)、接收FIFO、发送FIFO、时间码模块。发送器用来进行Data-Strobe(数据-滤波)编码并且发送数据,它可以发送来自主机的数据或者时间码。接收器用来完成DS编码的解码工作、并且将解出的数据序列发送给主机***。接收器的FIFO用作缓冲和速度匹配。SpaceWire控制器负责SpaceWire总线的一切运作,包括初始化、正常运作和错误处理。两通道共用一个pll时钟单元。主机***通过PCI总线接口对节点各寄存器进行读写,实现链路状态的监测控制与数据传输。
整个片上***共包含5个时钟源:基准时钟CLK_BASE,用作850ns、6.4us、12.8us超时定时器的计数基准;经PLL倍频得到的高速全局时钟gclk,用于协调整个芯片各模块同步工作,即在每个gclk上升沿判断其他时钟的电平状态,再执行相应动作,为防止因脉宽问题重复触发同一个动作,也可以用gclk锁住其他时钟的跳沿再进行逻辑判断;内部逻辑分频得到的发送器时钟tclk,以实现发送波特率可配置;DS解码得到的接收器时钟rclk,用以对D_in信号进行采样得到有效数据;HCI的同步时钟LCLK。不同时钟域之间的数据交换采用读写时钟独立的异步FIFO实现。发送FIFO的读时钟为tclk,写时钟为LCLK;接收FIFO的写时钟为rclk,读时钟为LCLK。
基于SpaceWire总线协议,结合现有冗余技术,在传统的SpaceWire总线板卡上(设计有两个SpaceWire总线节点),设计本实用新型中的自动保护倒换装置(APS)。通过一个APS模块将两个独立的SpaceWire节点模块联系起来。
本实用新型的一种SpaceWire总线冗余验证***,如图1及图2所示,通过SpaceWire总线节点的APS装置,实现***的冗余,确保总线传输的可靠性。SpaceWire总线冗余验证***由计算机、PC总线、SpaceWire节点1,SpaceWire总线节点2,以及执行器组成。计算机通过PC总线与SpaceWire总线节点1相连接,总线节点1和节点2之间通过两组双向收发的总线电缆连接,SpaceWire总线节点2与执行器相连接。节点1与节点2分别配置有APS自动倒换装置。
APS自动倒换装置不断检测两个互为主备的SpaceWire总线节点的工作状态,当检测到主节点链路发生故障(LOS-A:Loss of Signal for Node A)时,APS模块利用远端失效指示信号(RDI-B:Remote Defect Indicator for Node B)通过备用节点链路向对端发出倒换请求数据码,对端的备用接收模块收到该倒换请求数据码后,产生倒换信号给对端的APS模块,APS模块收到后立即将对端的总线切换到备用SpaceWire总线上,同时对端的备用发送模块发送倒换确认数据码给本端备用节点,本端备用节点收到倒换确认数据码后,产生本地倒换信号给本地APS模块,本端APS立即将本地的总线切换到备用SpaceWire总线上,完成一次冗余保护倒换。
假设如图3中上游主发送到下游主接收链路发送故障,图中红色X标记出的链路发送故障,图中数字代表倒换过程的顺序。
上游主节点发送到下游的主节点接收间的链路发生故障;
下游主节点检测到该链路失效后,向下游备节点发送失效指示信号;
下游备节点发送倒换请求数据码给上游备节点;
上游备节点收到倒换请求数据码后发送倒换信号给上游APS模块,APS模块将上游总线从主节点倒换到备节点上。
上游备节点发送倒换确认数据码给下游备节点;
下游备节点收到倒换确认数据码后产生倒换确认信号给下游的APS模块,APS模块将下游总线从主节点倒换到备节点上,完成一次APS倒换,上游与下游站点开始通过备用节点进行数据传输。
假设如图4中下游主发送到上游主接收链路发送故障,图中红色X标记出的链路发送故障,图中数字代表倒换过程的顺序。
下游主节点发送到上游的主节点接收间的链路发生故障;
上游主节点检测到该链路失效后,向上游备节点发送失效指示信号;
上游备节点发送倒换请求数据码给下游备节点;
下游备节点收到倒换请求数据码后发送倒换信号给下游APS模块,APS模块将下游总线从主节点倒换到备节点上。
下游备节点发送倒换确认数据码给上游备节点;
上游备节点收到倒换确认数据码后产生倒换确认信号给上游的APS模块,APS模块将上游总线从主节点倒换到备节点上,完成一次APS倒换,上游与下游站点开始通过备用节点进行数据传输。
假设如图5中上游主节点到下游主节点间的双向链路同时发送故障,如图中红色X标记所示,图中数字和字母分别代表一个方向链路倒换过程的顺序。
上游主节点到下游主节点间的双向链路同时发生故障时,其各单向倒换过程与图3和图4一致。唯一不同的是(4)(f)和(6)(d)步骤。在(4)(f)和(6)(d)步骤中设置了倒换互锁电路,用于防止双向链路重复倒换。
当APS自动倒换装置应用于图1中***时,工作状况如图6,7,8所示。
正常工作时,主链路接通,备用链路不工作,当主链路中主发发生故障,其冗余倒换过程与图3一致,倒换后执行器仍能保持正常工作。
当主链路中主收发生故障,其冗余倒换过程与图4一致,倒换后执行器仍能保持正常工作。
当主链路中,主收与主发同时发生故障时,其冗余倒换过程与图5一致,倒换后执行器仍能正常工作。
Claims (1)
1.一种基于SpaceWire总线的APS冗余***,特征在于:它是由计算机、PC总线、SpaceWire总线节点1,SpaceWire总线节点2,以及执行器组成;计算机通过PC总线与SpaceWire总线节点1相连接,总线节点1和总线节点2之间通过两组双向收发的总线电缆连接,SpaceWire总线节点2与执行器相连接;节点1与节点2分别配置有APS自动倒换装置。
Priority Applications (1)
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CN201620582236.5U CN205792659U (zh) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 一种基于SpaceWire总线的APS冗余*** |
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CN (1) | CN205792659U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106100954A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 北京航空航天大学 | 一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法 |
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2016
- 2016-06-15 CN CN201620582236.5U patent/CN205792659U/zh active Active
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