一种国产aos数据模拟器的设计与实现

一种国产aos数据模拟器的设计与实现

空间链路子网管理该体系结构定义了八个服务，ccsdsgarant化。这八种业务是:路径业务、网间业务(以上为CPN业务)、包装业务、多路复用业务、位流业务、插入业务、虚拟信道存取业务和虚拟信道数据单元业务(以上为SLS业务)。在实际的空间任务中,路径业务和网间业务不直接受空间链路子网管理,而空间链路子网主要管理包装业务、多路复用业务、位流业务、插入业务、虚拟信道存取业务和虚拟信道数据单元业务等六种业务。虽然在一个空间任务中,这些任务不一定同时使用,但是,作为空间数据系统的设备,特别是地面设备,一般都应该具备接收、处理包括包装业务、多路复用业务、位流业务、插入业务、虚拟信道存取业务和虚拟信道数据单元业务等六种业务数据的功能。为了检测、调试和验证设备适应这六种业务数据的功能,目前,迫切需要一种能够模拟AOS(高级在轨系统)规约六种业务数据的数据模拟器及处理器。本文介绍一种国产AOS数据模拟器及处理器的设计与实现。1os数据模拟器和处理器的主要功能和技术1.1虚拟信道算法①模拟空间链路子网(SLS)的六种业务(包装业务、多路复用业务、位流业务、插入业务、虚拟信道存取业务和虚拟信道数据单元业务)的数据;②业务等级:二级和三级(在同一物理信道上可混用);③虚拟信道个数:16;④导头R-S编码(10,6);⑤R-S编码(255,223);⑥CRC校验码;⑦随机化(可选);⑧最高输出码速率:10Mbps;⑨多用户、多数据流输入业务入口点:9个;(10)虚拟信道数据单元长度和策略可设置。1.2热设计层出数据,开展网络营销①接收码同步器输出的符合AOS规约的数据流,完成帧同步、R-S译码、导头差错译码、VCDU或CVCDU分离、包提取;②解调后的数据与时间码以CADU为单位加上质量信息一起存盘;③完成空间链路子网六种业务处理;④业务等级:二级和三级(在同一物理信道上可混用);⑤虚拟信道个数:16;⑥导头R-S编码(10,6);⑦R-S编码(255,223);⑧CRC校验码;⑨解随机化;(10)最高输出码速率:10Mbps。2系统工作原则信息工作流程及各层业务类型见图1。2.1该公司AOS规约定义了下列两类业务。从属交易包括网间业务(I-业务)和路径业务(P-业务)。端到端业务在整个CPN内以异步方式工作。上述两种业务不受空间链路的管理。虚拟信道存储业包括包装业务、多路复用业务、位流业务、插入业务、虚拟信道存取业务和虚拟信道数据单元业务。上述六种业务可以用同步或异步方式工作。本数据模拟器和数据处理器主要针对空间链路子网的六种业务而设计。2.1.1非ccdss格式的定界数据单元包装业务是将不符合CCSDS包结构的、长度可变的、按字节排列的数据包装在CCSDS版本1包内。包装业务的传送是异步的,但保持顺序。任何非CCSDS格式的定界数据单元均由包装业务处理。在传送过程中,被多路复用到一个虚拟信道内。在接收端,除去包装,恢复原来的定界数据单元。CCSDS源包格式示于图2。2.1.2业务上传和级联多路复用业务是将不同的CCSDS包级联在一起,并将它们放到数据块中,数据块的大小恰好是一个虚拟信道数据单元的固定长度数据域。多路复用业务可以接收包装业务和路径业务,并将它们级联在一个虚拟信道上。多路复用业务的传送是异步的,但保持顺序。M-PDU多路复用规约数据单元的结构示于图3。通过识别CCSDS包导头中的应用过程标识符(APID),才能实现CCSDS包的提取。但是,由于这些域没有差错保护,所以,只有当导头无差错时,才能可靠提取CCSDS包。因此,只有将多路复用数据放入CVCDU中时,才能可靠提取CCSDS包,也就是只有在二级业务中才能提供这种服务。2.1.3时长数据的结合位流业务用于某些内部结构和边界未知的SLS用户数据流的传送。位流业务将来自SLS用户的位流数据流切割成若干数据块,这些数据块的大小,恰好是一个指定虚拟信道数据单元的固定长度数据域。为了使位流数据与固定长度数据域相匹配,可以透明地加入或去掉填充数据。来自不同SLS用户的位流数据不能用位流业务将多路位流数据合并到一个虚拟信道上传送,也就是说,一个虚拟信道上只能有一个位流数据源。位流传送可以是同步的,也可以是异步的,但保持顺序。位流业务主要用于高速率实时同步数据传送。B-PDU位流规约数据单元的结构示于图4。位流数据依据虚拟信道单元标识符(VCDU-IP)实现位流数据提取。2.1.4sls上传单元虚拟信道数据单元业务是将由用户建立的固定长度的、按字节排齐的VCDU或CVCDU通过SLS的传送。这种传送可同步或异步,但保持顺序。本业务仅适用于那些被认为信得过的用户,这些用户在设计过程中必须保证独立建立的规约数据单元不违反SLS运行的完整性。其VCDU/CVCDU的长度必须与由SLS建立的VCDU/CVCDU的长度相同。2.1.5拟信道数据单元虚拟信道存取业务是通过SLS传送的专用业务数据单元,它的大小恰好是一个虚拟信道数据单元的固定长度数据域,但它的内部结构对CPN是未知的。该业务将虚拟信道存取协议数据单元(VCA-SDU)数据组装在图5所示的VCDU/CVCDU中,通过SLS1传送。这种传送可以是同步的或异步的,但须保持顺序。2.1.6伪码传输系统插入业务是一种专用的,字节排列整齐的SLS数据传送业务,须同步传送。它适用于实时性要求较高的数据传输,如:时间码的传输、伪码测距数据的传输等。当用户申请插入业务时,首先在特定物理信道的每个VCDU中都建立一个插入区,然后把插入业务数据放到插入区中,这样就实现了插入业务。插入区与其他类型业务共享VCDU/CVCDU的固定长度的数据域。插入业务是保持顺序的。为了避免复杂性,一般插入业务与虚拟信道数据单元业务不存在于同一虚拟信道上。2.2自动排传控制策略根据对传送数据采取的不同差错控制策略,SLS提供了第一级、第二级和第三级三种业务等级。由于目前在国内系统中实现自动排队重传有困难,因此,本系统仅设计了第二级和第三级,其差错控制策略示于表1。在表1中,“M”为强制的,“O”为可选的,“O/M”为一般可选的。但是,在二、三级业务混合使用时,在主导头长度相同的情况下是强制的:“n/a”为不用。本系统各种业务和业务等级的组合示于表2。3系统的设计3.1外部设备构成系统平台AOS数据模拟器和处理器采用COMPACTPCI工控机作硬件平台,利用总线插槽扩充专用模块和其他选配模块及外部设备构成系统。专用模块包括:AOS数据模拟器、AOS数据处理器及数据接口板。用户可根据需要选配外部设备和配件,以满足系统功能的需求。3.2comtsci总线技术在目前,国产测控设备多选用ISA和VME总线。这是两种体系结构完全不同的总线,各有特点。如仅满足低速数据传输要求,两种总线都能胜任。但对高速数据传输,它们的缺点就比较突出了。ISA总线的速度不高,另外它的结构也无法抗强振动;VME总线虽然速度和抗振性能都较好,但只能使用OME供货商提供的操作系统,其使用受到很大限制。基于上述考虑,本系统采用基于Wintel构架的COMPACTPCI总线。COMPACTPCI是一种基于标准PCI总线的小巧而坚固的高性能总线技术。它具有32位数据总线、66MHz总线速度等高电气特性、标准的欧洲卡结构和尺寸、高密度2mm针-孔连接器等技术特点。因此,本系统选用了COMPACTPCI总线工控机作为系统硬件平台。3.3虚拟信道动态管理AOS数据模拟器工作原理框图示于图6。在图6中,数据输入接口9个,其中RS-422电平接口8个,总线接口1个。各接口的业务类型可定义,但在一次任务中业务类型一旦设置就不再改变。模拟器把从不同数据接口获得的数据,根据业务需求分配给不同的虚拟信道数据生成电路的原始数据缓冲区。原始数据缓冲区可根据设置的数据业务类型,动态分配FIFO的块数和深度,其深度至少大于两个VCDU长度,确保在一个CADU内完成VC切换等功能。对不同业务要求的数据分别进行包装(副导头可选)、多路复用、B-PDU生成,将这些数据单元以及虚拟信道存取业务数据装入VCDU的数据区,并将计数值加入到VCDU主导头中。每个虚拟信道都可以支持多路复用、位流、虚拟信道存取业务和虚拟信道数据单元业务中的一种,每个虚拟信道对应的业务类型及业务等级都是可以预先设置的,但在一次任务中,一旦设置就不再改变。每个虚拟信道都对应一个虚拟信道数据生成电路。虚拟信道动态管理部分根据支持的数据类型及性质,如数据量的多少、码速率的高低、实时性要求、业务类型和业务等级等,选择相应的优先级顺序及管理机制进行动态排队。通过人机界面完成所有参数和管理机制的设置。模拟器还可以接收解调IRIG-B000时间码,将其转换成符合AOS时间码标准的时码格式,插入到需要时标的源包副导头内作为时间基准。3.4虚拟信道处理AOS数据处理器原理框图示于图7。AOS数据处理器有一个RS-422和一个LVDS输入接口。可通过其中任意一个接口接收码同步器送来的串行数据和码同步时钟,完成同步提取、解随机化后先将插入数据提取出来,直接送给数据分发管理电路,或通过标准通讯卡输出,然后,进行R-S译码和差错控制译码(导头差错控制域及VCDU差错控制域)。如果是二级业务,只进行R-S译码,而差错控制域译码则不需要进行。如果有些检出的错误是不可纠正的,此时,这些VCDU将全部放弃不再传送出去。检查VCID是否“全1”,如果“全1”,则此VCDU数据区的数据为填充数据,须剔除。如有插入业务时,将译码的质量信息存在质量信息存储器中。同步提取后的数据可与时间码一起直接存盘,也可以经数据接口输出给其他设备处理或储存。根据VC-ID对VCDU进行分离,将各VCDU数据送给虚拟信道处理电路处理。各虚拟信道处理电路的数据缓冲区选用深度大于两个VCDU长度的FIFO,以确保在一个VCDU时间内完成提取。VCDU的最大长度为(8920+1280)/8=1275(bit)。各虚拟信道的数据在各自的数据缓存区内缓存,按照预先设置对数据进行处理。如:虚拟信道1的业务是多路复用,根据首导头指针和包长将M-PDU中的CCSDS版本1包提取,并将其中的E-SDU数据的包装去除,然后送给相应的用户;对用户组装好的CCSDS数据包,根据APID发送给相应的用户;不需要解包的数据根据VCID作为路径标识,送到相应的用户。同时,检查虚拟信道数据单元计数值的连续性,给出各种业务数据丢失信息,作为质量检测报告提供给用户。虚拟信道处理电路处理后的数据暂存在数据缓存区内,由数据分发管理电路按规定的接口将数据调度输出。当16个虚拟信道不能满足任务需求时,可通过扩充AOS处理器实现虚拟信道增加虚拟信道数。4comtsci性能特点COMPACTPCI机箱为19英寸宽,4U高,机箱总重量约10kg。机箱的基材为钢材,表面为黑色。COMPACTPCI卡的前面板符合IEEE1101.1和IEEE1101.10标准,并可选用EMC密封圈,以降低电磁干扰。COMPACTPCI设计可以从前面板插拔板卡,更换COMPACTPCI卡无需拆下机箱盖。此外,COMPACTPCI也支持IEEE1101.11的后面板I/O。由于所有的连线都通过母板连接在后部转接板上,前面的COMPACTPCI插卡没有任何连线,因此,在更换板卡时无需重新连线。维修时间将会从小时级缩短到分级,从而大大降低了平均维修时间。COMPACTPCI机箱的散热系统由三组风机和两组通风孔组成。其中风机组1为吸风通道,其余风机组和通风孔为出风通道,系统具有良好的散热途径。因此,COMPACTPCI系统极少出现散热方面的问题。COMPACTPCI使用符合IEC-1076国际标准的高密度气密式针孔连接器,使系统具有低感抗和阻抗,减少了高速PCI总线的信号反射。针孔连接器使系统具有良好的抗振动、冲击性能。5星地传输系统的特性国产AOS数据模拟器及处理器具备《CCSDS70