[發(fā)明專利]一種高可靠的航天器幀格式數(shù)據(jù)隊列緩存系統(tǒng)及緩存方法

有效

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• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN102915281A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 徐勇;龐波;曾連連;陶利民
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高可靠的航天器幀格式數(shù)據(jù)隊列緩存系統(tǒng)及緩存方法。

背景技術(shù)

航天器遙控遙測數(shù)據(jù)幀有著特定協(xié)議及相應數(shù)據(jù)格式要求，當幀格式被打亂或破壞時，會導致按照該協(xié)議設計的軟/硬件在判讀數(shù)據(jù)時出錯，產(chǎn)生嚴重的故障。而航天器內(nèi)部各分系統(tǒng)、設備、芯片間需要進行數(shù)量種類繁多的數(shù)據(jù)通信，且均以接口協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)格式幀的形式進行傳輸。目前，傳統(tǒng)的航天器遙控遙測數(shù)據(jù)幀緩存通常采用FIFO或者乒乓緩存的方法。首先，采用FIFO進行緩存的方法具有較大的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)破壞隱患，其故障現(xiàn)象表現(xiàn)在：

1)讀寫有誤導致幀結(jié)構(gòu)失同步：當寫信號或讀信號由于芯片溫度過熱、空間電磁輻照干擾等事件導致讀/寫信號比協(xié)議規(guī)定的幀格式增加或減少若干數(shù)據(jù)時，就會發(fā)生幀格式失同步，表現(xiàn)為之后按照約定幀格式協(xié)議從FIFO讀取的每幀數(shù)據(jù)內(nèi)的幀格式都會有偏移錯誤，并且在重新復位FIFO前不可恢復。

2)不同設備間加電時刻不同，當接收設備上電時刻為發(fā)射端發(fā)射一幀數(shù)據(jù)中間時，會導致局部不完整的數(shù)據(jù)幀寫入FIFO，按照幀協(xié)議進行FIFO讀取時，就會導致后續(xù)幀的幀格式移位錯誤；雖然這種故障可以采用接收端檢測第一個完整幀的方法避免，但也增加了設計復雜度。

3)發(fā)送端設備發(fā)生故障斷電-重加電時，斷電導致結(jié)尾幀數(shù)據(jù)不完整，也同樣會導致后續(xù)幀的幀格式移位錯誤；而接收端檢測發(fā)送端是否中斷過工作比較困難。

基于以上原因，在追求高可靠性的航天器電子系統(tǒng)設計中，應盡量避免使用傳統(tǒng)FIFO進行幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的緩沖。

采用乒乓緩存的方法進行數(shù)據(jù)幀交互，可以避免上述FIFO可能引入的故障影響擴散，但乒乓緩存的方法一般支持兩個數(shù)據(jù)幀的緩沖深度，且設計師使用起來不及FIFO方便。

另外，在具體應用中進行數(shù)據(jù)幀的挑幀、跳幀、丟幀等操作時，基于以上兩種結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法需要配以復雜的控制電路，增加了設計的復雜度、某種程度上降低了設計可讀性及可靠度，后期的設計維護成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高可靠的航天器幀格式數(shù)據(jù)隊列緩存系統(tǒng)及緩存方法，利用二級地址映射及幀結(jié)構(gòu)隊列的思想設計幀結(jié)構(gòu)隊列存儲器，解決在航天器幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)緩存控制復雜度高、可靠性低的難題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種高可靠的航天器幀格式數(shù)據(jù)隊列緩存系統(tǒng)，包括雙口存儲器、幀寫入地址換算單元、幀讀出地址換算單元、幀地址管理單元、寫幀檢測單元、讀幀檢測單元；

寫幀檢測單元定義寫入數(shù)據(jù)幀檢測判據(jù)，根據(jù)該判據(jù)及寫入數(shù)據(jù)幀內(nèi)地址W_Addr_M輸出檢測信號即高電平或低電平的幀寫入使能信號至幀地址管理單元；

讀幀檢測單元定義讀出數(shù)據(jù)幀檢測判據(jù)，根據(jù)該判據(jù)及讀出數(shù)據(jù)幀內(nèi)地址R_Addr_M輸出檢測信號即高電平或低電平的幀讀出使能信號至幀地址管理單元；

幀地址管理單元接收讀幀檢測單元和寫幀檢測單元的檢測信號，根據(jù)接收的檢測信號確定當前寫入數(shù)據(jù)的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數(shù)據(jù)的幀地址R_Addr_L；

幀寫入地址換算單元根據(jù)寫入數(shù)據(jù)幀內(nèi)地址W_Addr_M以及當前寫入數(shù)據(jù)的幀級地址W_Addr_L產(chǎn)生雙口存儲器的寫入物理地址W_ddr_RAM；

幀讀出地址換算單元根據(jù)讀出數(shù)據(jù)幀內(nèi)地址R_Addr_M以及當前讀出數(shù)據(jù)的幀級地址R_Addr_L產(chǎn)生雙口存儲器的讀出物理地址R_Addr_RAM；

雙口存儲器，具有一個讀端口和一個寫端口，存儲器深度為M×L，位寬為n?bit；根據(jù)雙口存儲器的寫入物理地址W_Addr_RAM和讀出物理地址R_Addr_RAM向雙口存儲器中寫入幀數(shù)據(jù)、讀出幀數(shù)據(jù)以完成航天器幀格式數(shù)據(jù)隊列緩存；其中M為每幀數(shù)據(jù)長度，L為幀隊列容量，數(shù)據(jù)位寬為nbit；

上述幀級地址范圍0～L-1；幀內(nèi)地址范圍0～M-1。

所述的幀地址管理單元確定當前寫入數(shù)據(jù)的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數(shù)據(jù)的幀地址R_Addr_L的規(guī)則為：

當幀寫入使能信號有效且不滿時，幀寫入地址W_Addr_L增加1，計數(shù)到L-1后再增加溢出為0，循環(huán)計數(shù)；

當幀讀出使能信號有效且不空時，幀讀出地址R_Addr_L增加1，計數(shù)到L-1后再增加溢出為0，循環(huán)計數(shù)。

所述的W_Addr_RAM＝W_Addr_L×M+W_Addr_M。

所述的R_Addr_RAM＝R_Addr_L×M+R_Addr_M。