(高清版)GB∕T 38065-2019 航天器SpaceWire总线技术要求

国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会I前言 Ⅲ 12规范性引用文件 1 1 13.2缩略语 4 4 44.2协议栈 5 65.1物理层 6 65.1.2连接器 65.1.3电缆组件 7 95.2信号层 9 9 5.2.4链路速率 5.3字符层 5.3.1数据字符 5.3.2控制字符 5.3.4奇偶校验 5.3.5初始传输字符 5.3.6链路发送器/接收器与主机系统接口 5.4交换层 5.4.1链路字符和标准字符 5.4.4链路状态机 5.5.1包的定义 21 Ⅱ 5.6.1基本特性 215.6.2SpaceWire路由 24 5.6.5网络时间 246故障恢复机制 256.1交换层故障及处理 6.2网络层故障及处理 25 6.2.2接收到包错误结束字符处理 266.3链路错误恢复 6.4应用层故障处理 266.4.2链路初始化超时故障处理 27 7典型应用 7.1系统设计 7.2工艺设计 7.3结构设计 Ⅲ1航天器SpaceWire总线技术要求下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引IEEE1355—1995异构互连(HIC)(低成本，用于并行系统结构低延迟可扩展串行互连)[IEEEStandardforHeterogeneousInterConnect(HIEEE1596.3—1996可量测相干接口(SCI)用低压差动信号(LVDS)[IEEEStandardforLow-VoltageDifferentialSignals(两个SpaceWire端口之间用于传输数据和控制信息的双向链接。f23由一个ESC和一个FCT组成的控制码。SpaceWire总线接口，包含一个从主机系统取数发送到SpaceWire链路上的发送器；一个从4CCSDS:空间数据系统咨询委员会(consultativEEP:包错误结束字符(errorendofpacket)EMC:电磁兼容性(electromagneticcompatibility)EOP:包结束字符(endofpacket)FCT:流控制令牌字符(flowcontroltoFIFO:先进先出存储器(firstinfirstoutmemory)L-Char:链路字符(link-character)LSB:最低有效位(leastsignificantbit)LVDS:低电压差分信号(lowvoltageMSB:最高有效位(leastsignificantbit)N-Char:标准字符(normal-character)PCB:印制电路板(printedcircuitboard)4一般要求5路由器节点节点节点节点节点符号包图3SpaceWire协议栈示意图b)信号层提供可靠的信号传输模式。本标准规定了信号经DS编码后以LVDS电平形式传输，6SpaceWire电缆由4对相互绝缘的双绞屏蔽线和外绝缘层构成。差分对之内的信号偏斜应小于0.05ns/m;9芯连接器的接点定义如表1和图4所示。2345Dout—6Din—7Sin一897连接内屏蔽连接内屏蔽图4SpaceWire连接器接点定义图连接器通过飞线连接到印制板，所有飞线修剪等长，差分对进行双绞。若连接器接点3与内屏蔽层连接，则从内屏蔽层引线连接到印制板的信号地。5.1.3电缆组件电缆组件由两个相同的连接器和一根电缆组成。电缆的最大长度取决于D信号和S信号的偏斜、抖动及信号衰减。电缆组件的差分对之内的信号偏斜应小于0.05ns/m。电缆组件的差分对之间的信号偏斜应小于0.1ns/m。电缆组件的连接有两种方式，方式一如图5和表2所示，方式二如图6和表3所示。AAB5976外屏蔽层内屏蔽层图5SpaceWire电缆组件连接方式一示意图8电缆9A-Din—65B-Dout—28A-Sin—74B-Sout—(与差分对5,9、4,8的内屏蔽层相连)33(与差分对5,9、4,8的内屏蔽层相连)82A-Sout—4791A-Dout—56B-Din—连接方式一的要求如下：a)Dout+/Dout一差分对与Sout+/Sout一差分对的内屏蔽层应相连，并连接到连接器接点3;b)连接器与电缆的连接处宜使用金属尾罩，以取得良好的力学保护和电磁屏蔽效果；c)电缆外屏蔽层与连接器壳体应良好结合，搭接电阻小于10mΩ;d)金属尾罩与连接器主体应良好结合，搭接电阻小于10mΩ;e)两个连接器的接点3可连接或不连接，根据系统及设备的接地设计进行选择，推荐连接。BB9483Din-Dout-A9电缆19A-Din一65B-Dout—28A-Sin—74B-Sout—相连)/空点33相连)/空点82A-Sout—47B-Sin—91A-Dout—56B-Din—连接方式二的要求如下：a)4个差分对的内屏蔽内均与连接器壳体应良好结合，搭接b)连接器与电缆的连接处宜使用金属尾罩，以取得良好的力学保护和电磁屏蔽效果；c)电缆外屏蔽层应与连接器壳体或金属尾罩全方位连接，搭接电阻小于10mQ;d)金属尾罩与连接器主体应良好结合，搭接电阻小于10mQ;e)两个连接器的接点3可连接或不连接，根据系统及设备的接地设计进行选择，推荐连接。LVDS差分特性如图8所示：c)差分信号的幅值为2Vx;d)差分信号的上升时间(Tr)和下降时间(T:)应不小于260ps,最大为2ns或0.3T(两者取较小e)LVDS差分信号的过冲幅值应不大于0.4Vtx。Out--0.6V一T图8LVDS信号差分特性a)LVDS差分信号眼图应跨接在接收器端接电阻两端进行测试；b)示波器和差分探头的带宽应大于最大链路速率的3.5倍；d)LVDS接收信号眼图应落在如图9所示的灰色区域之外；e)LVDS接收器的输入电压范围应为0V～+2.4V;f)LVDS接收器的差分输入端电压值应不大g)幅值大于+100mV的差分信号将被接收器译为逻辑1;h)幅值小于—100mV的差分信号将被接收器译为逻辑0。图9LVDS接收信号眼图质量要求示意图5.2.1.3LVDS失效保护措施LVDS失效保护措施如下：a)下列情况发生时，LVDS接收器的输出应锁定为高阻态且不能出现振荡：1)LVDS发送器未加电；2)LVDS发送器使能无效(输出高阻态);3)LVDS接收器输入端开路(例如电缆断开);b)LVDS发送器未加电时，输出端应为高阻态，且泄漏电流小于10μA;c)LVDS接收器未加电时，输入端应为高阻态，且泄漏电流小于10μA。5.2.2信号编码SpaceWire采用DS编码方式，编码规则：D信号与数据位流一致，即当数据位为1时为高电平，当数据位为0时为低电平；S信号则在相邻数据位不变化时翻转电平，如图10所示。5.2.3SpaceWire链路SpaceWire链路为双向、点到点的链接，每方向包含2对差分对：D信号差分对和S信号差分对。5.2.4链路速率5.2.4.1初始链路速率SpaceWire链路复位或断开之后，以(10±1)Mbit/s的初始链路速率建立链接。链接建立后，可通过指令设置链路速率。数据字符为编码后字符为10位，含1位校验位、1位数据控制位和8位数据；其中，数据控制位为图11数据字符示当前为控制字符。SpaceWire定义了四种控制字符，分别为流控制令牌字符(FCT)、包结束字符(EOP)、包错误结束字符(EEP)以及转义字符(ESC),如图12所示。PP0PP10001图12控制字符图13控制码编码后的1位校验位用于检测传输过程中每个数据字符或控制字符是否出错，校验位的作用范围为数据字符的低8位或控制字符的低2位、当前校验位和当前数据控制位，如图14所示。SpaceWire图14奇偶校验作用范围第一个第一个Null-0图15链路启动时首个传输字符(Null)数据位(MSB…LSB)01xxxxxxx0(一般采用00000000)1xxxxxxxl(一般采用00000001)交换层有两类字符，分别是链路字符(link-character,L-Char)和标准字符(normal-character,a)每个FCT指示可以接收8个N-Char:SpaceWire端口发出一个FCT,则表明该端口可以再接发送一个N-Char,计数器减1;个新的FCT,将计数器置为8;收一个N-Char,计数器减1;转义错误/接收到FCT/接收到N-Char/接收到N-Char/链路使能+链路启动链路使能+自启动+接收妙%1)端口复位；2)清除发送使能控制位；3)清除接收使能控制位；4)发送信用计数器置0;5)接收信用计数器置0;2)清除发送使能控制位；1)清除发送使能控制位；2)持续发送Null;3)无数据字符和控制字符发送时持续发送Null;5)置位接收使能控制位；6)接收到FCT时，向字符层发送N-Char并寄存接收到的Time-Code。2)无数据字符和控制字符发送时持续发送Null;3)置位接收使能控制位；5)将接收到的Time-Code发送至网络层。启动发送NullB端检测到A端发送的Null,并置位Null接收标识位，无启动发送Null启动启动发送Null启动发送NullB端发送一个Null,之前Null接收标识已置位，因此跳转至启动发送NullA端检测到B端发送的Null,跳转至连B端发送FCT和Null(无其他字符需要发送时)A端发送FCT和Null(无其他字符需要发送时)B端发送FCT和Null(无其他字符需要发送时)A、B两端均进行运行状态，正常发送N-Char、FCT、和N发送NullNull接收到FCT接收使能发送Null接收到Null发送FCT/Null接收到FCTN-Char/Null接收使能连接超时的850ns应在727ns[8个10(1+10%)MHz的时钟周期]～1000ns[8个10(1-10%)包层协议继承了IEEE1355—1995定义的组包层协议，规定了源端到宿端的数据包格式。SpaceWire传输包格式如图18所示。目的地址5.5.2CCSDS包在SpaSpaceWire总线协议包含若干从属协议，CCSDS包传输协议为其中之一，对航天器中常用的包长度为7字节～65542字节。5.5.2.3CCSDS包的SpaceWire网络传输格式在SpaceWire网络上传输的CCSDS包格式如图19所示。目的地址1CCSDS包(首字节)CCSDS包(尾字节)图19SpaceWire网络上的CCSDS包传输格式5.6网络层节点节点表6路由地址地址范围0内部配置口物理输出口逻辑地址，映射到物理输出口保留c)多个输入端口等待使用一个输出端口时，该输出端口当前包传输结束后应对多个输入端口进b)一个SpaceWire节点应从主系统接收包流并向SpaceWire链路发送，或从SpaceWire链路接a)一个SpaceWire网络应包含两个或多个SpaceWire节点及零个或多个SpaceWire路由器；b)SpaceWire节点和SpaceWire路由器之间应通过SpaceWire链路连接；c)包从一个SpaceWire节点传输到另一个SpaceWire节点，应经过SpaceWire链路或者d)SpaceWire节点和SpaceWire路由器可通过RMAP指令进行远程访问和控制SpaceWire从属协议。SpaceWire时间码由一个ESC字符和一个数据字符组成，数据字符由6位计时器和2个控制位SpaceWire网络中仅有一个SpaceWire端口被允许向网络广播时间码，时间码由与之连接的主机从0～63循环。其中，时间主机系统周期性发当SpaceWire链路的一端周期性地发出有效的时间码时，链路另一端的SpaceWire接口接收时间b)SpaceWire节点接收到EEP应通知应用层处理。c)在EOP或EEP之后紧接着又收到一个EOP或EEP,则认为接收到一个没有目的地址的空b)断开链路；c)若断开前的N-Char不是EOP,则向接收缓存写入一个EEP;详见图21。EOPEOP 4.删除下一个EOP之前的数(含下一个EOP)