国家标准 GB/T38065一2019 航天器Spaeewire总线技术要求 IechmiealrequirementsofSpaeewire busonspacecraft 2019-10-18发布 2020-05-01实施国家市场监督管理总局发布币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/38065一2019 目次前言范围 2 规范性引用文件术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语 -般要求 4.1总线结构 4.2协议栈 5 详细要求 5.l物理层 5.1.1电缆连接器 5,1.2 电缆组件 5.1.3 5.1.4PCB布线 5.2信号层 5.2.1IVDs 信号编码 5,2.2 5.2.3Spacewire链路链路速率 5,2.4 1l 5.3字符层 12 5.3.1数据字符 12 5.3.2控制字符 12 5.3.3控制码 13 5.3.4奇偶校验 13 5.3.5初始传输字符 13 5.3.6链路发送器/接收器与主机系统接口 13 5.4交换层 14 5.4.1链路字符和标准字符 l4 5.4.2字符传输优先级 14 4.3链路流控制 5 14 15 5.4.4链路状态机 5 .4.5链路初始化 18 .4.6差错检测 5. 20 5.5包层 21 5.5.1包的定义 21 21 5.5.2cCCSDs包在Spacewire网络上的传输
GB/T38065一2019 21 5.6网络层 5.6.1基本特性 21 5.6.2Spacewire路由 228 5.6.3Spacewire节点 24 5.6.4Spacewire网络 24 5.6.5 ### 网络时间 24 25 故障恢复机制 6.1交换层故障及处理 225 5 6.1.1交换层故障类型 6.1.2交换层故障处理 5 6.2网络层故障及处理 6.2.1 链接错误处理 5 6.2.2接收到包错误结束字符处理 26 6.2.3 无效目的地址处理 26 6.3链路错误恢复 26 6,4应用层故障处理应用层约定 6.4,1 26 27 6.4.2链路初始化超时故障处理包传输超时故障处理 6.4.3 27 包接收超时故障处理 27 6.4.4 27 典型应用 7.1系统设计 27 7.2工艺设计 28 7.2.1PCB设计 28 7.2.2连接器焊接 28 7.3结构设计 28
GB/38065一2019 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归口本标准起草单位:上海航天计算机技术研究所,北京控制工程研究所,山东博达特种电缆有限公司、西安微电子技术研究所、航天时代电子技术股份有限公司、北京荣俊恺业电子技术有限公司本标准主要起草人:;徐瑞瑞、朱新忠、赖晓敏、史琴、周秀娟、泮朋军、张风源、罗唤霖、吴杰、蒋仁兴、刘波、赵汝海、宋义达、梁洁玫、张凯、王剑峰、彭清华、甘军宁、曾俊杰、包勇
GB/T38065一2019 航天器SpaceWire总线技术要求范围本标准规定了sSpacewire总线及其相关设备接口的一般要求、详细要求、故障恢复机制以及典型应用本标准适用于各种航天器内的Spacewire总线及其相关设备的研制与使用规范性引用文件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用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 EEE1355一1995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[IEEE S tandardforHet ScalableSerialInterconm sterogeneousInterConnectHIC),(L.ow-Cost，Low-L .atency nectforParallelSystenmConstruetion力 IEEE1596.3一1996可量测相干接口(SCI)用低压差动信号(LVDS)[IEEEStandardforLow VoltageDifferentialsignals(LVDs)forSealableCoherentInterface(sCI] 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1.1 链路link 两个Spacewire端口之间用于传输数据和控制信息的双向链接 3.1.2 节点node Spacewire包的源发地或目的地,可为存储器、传感器或其他接人Spacewire网络的设备注:节点包含一个或多个Spacewire端口 3.1.3 路由器router 包含一个开关矩阵、一个或多个SpaceWire端口,根据每个包的目的地址控制路由开关将其从一个SpaeeWire端口交换至另一个Spacewire端口的器件 3.1.4 网络network 由节点、链路、路由器(可选)构成,节点与节点间通过链路和路由器相互连接,实现数据包的传输 3.1.5 端口port Spacewire总线接口,含输人口和输出口
GB/T38065一2019 3.1.6 协议栈protolstack 网络中各层协议的总和注网络中的数据依次从顶层协议传递到底层协议,再从底层协议依次传递到顶层协议 Spacewire网络的协议栈由底层到顶层依次为物理层、信号层、字符层、交换层,包层、网络层和应用层(用户自定义) 3.1.7 物理层physicallayer 规定物理互连介质,如电缆、接插件等的协议层 3.1.8 信号层signallevel 规定Spacewire电信号电气特性、噪声容限和信号编码方式的协议层 3.1.9 字符层eharaeterlevel 规定如何将数据和控制字符转换成位流的协议层 3.1.10 交换层exehangelevel 规定链路初始化、链路流控制链路错误检测以及链路错误恢复机制的协议层 3.1.11 包层packetlevel 规定如何将数据组织成可以在链路或网络上传输的包的协议层 3.1.12 网络层networklevel 规定数据包如何通过网络从源节点传输到目标节点的协议层 3.1.13 故障恢复机制erorreeoveryscheme 在Spacewire链路上发现并处理错误的方法 3.1.14 数据-阀控datarstrobe;Ds 将数据位流和时钟信号编码成两个信号，一个为原始数据位流,称为数据信号(D信号,另一个信号在数据位流不变化时翻转,称为阀控信号(S信号) 3.1.15 数据字符datacharaeter DS编码后的数据字节,10位宽,可在链路上传输 3.1.16 控制字符 c0ntrolcharacter 用于在链路上传递控制信息的字符 3.1.17 包结束标识endofpacketmarker 控制字符,指示包的结束,包括包结束字符(Endofpacket,EOP)和包错误结束字符(Errorendof t,EEP) packet 3.1.18 标准字符 n0rmal-character 数据字符、EOP及EEP的统称
GB/38065一2019 3.1.19 流控制令牌字符flowcontroltoken;FCT 用于管理链路上的数据流的控制字符注;一个流控制令牌表示可以再接收8个标准字符 3.1.20 转义字符escapecharacter;EsC 控制字符,与其他控制字符或数据字符组合成控制码 3.1.21 控制码controlcode 两个控制字符组成的字符序列,包括空闲码(Nul)和时间码(Time-Code) 3.1.22 空闲码Nll 由一个ESsC和一个FCT组成的控制码注，当链路上无数据或控制字符传输时,持续发送空闲码,以保持链路活跃 3.1.23 时间码Time-Code 用于同步Spacewire网络时间,由一个ESC和一个数据字符组成,数据字符由6位的信息时间和2 位保留位组成的控制码 3.1.24 链路字符link-eharacter 用于控制链路上的数据流,仅在链路层传输的控制字符或控制码,包括FCT和Null 3.1.25 包 packet 由目的地址包装数据包结束标识组成的标准字符序列 3.1.26 链路速率datasignalling rate 控制字符及数据字符位流在链路上的传输速率 3.1.27 自启动AutoStart 通过软件或硬件方式实现的配置参数置位后,Spacewire端口一旦接收到Nul即打开链路 3.1.28 链路启动LinkStart 通过软件或硬件方式实现的配置参数置位后,Spacewire端口发送Null以启动SpaceWire链路 3.1.29 主机系统hostsystem 链路接口接人的系统,如计算机、传感器、存储器注主机系统可不含处理器 3.1.30 链路接口linkinterface SpaceWire总线接口,包含一个从主机系统取数发送到SpacewWire链路上的发送器;一个从 cewire链路接收数据传送至主机系统的接收器 Spnae
GB/T38065一2019 3.1.31 逻辑地址logiealaddress 位于包首,指示包的目的地的数据字符 3.1.32 偏斜skew 信号上升沿或下降沿的实际到达时间与预期到达时间之间的差值 3.1.33 抖动jitter 信号的时域变化与其理想位置之间的偏差 3.2缩略语下列缩略语适用于本文件 cCSDS:空间数据系统咨询委员会(consultativecommitteeforspacedatasystems) DS;数据-阀控(data=strobe) EEP,包错误结束字符(erorendofpacket) EMC;电磁兼容性(eleetromagnetiecompatibility) endof EOP包结束字符(e packet ESC:转义字符(escapecharacter FcT;流控制令牌字符(flowcontroltoken) FIFO:先进先出存储器(firstinfirstoutmemory L-Char:;链路字符(Iink-char racter L.sB;最低有效位(lee eastsignifieantbit LVDs;低电压差分信号(lowvoltagediferentialsignalling MSB:最高有效位(leastsignificantbit N-Char:标准字符normal-character) PCB印制电路板(printedeircuitboard) RMAP;远程存储访问协议(r protocol) remotememoryaccess -般要求 4.1总线结构 Spacewire总线网络由节点、路由器和链路组成,节点之间通过链路和路由器(可选)连接一个最简网络,由两个节点和一条链路组成,如图1所示;一个较为复杂的网络由多个节点、路由器及多条链路组成,如图2所示其中,链路为全双工串行、点到点传输线路,传输介质为屏蔽双绞线网络中的信息交互以数据包的方式进行传输,数据包的源及目的设备均为节点链路 ink 节点节点 (node node ie最简网络示意图图1Space
GB/T38065一2019 节点 n0de 路由器 (route 链路节点 (link mode) 路由器路由器 router (router) 节点节点节点节点节点节点 node node node node) node node 图2复杂Spacewire网络示意图 4.2协议栈 SpaceWire协议栈由物理层、信号层、字符层、交换层,包层、网络层及应用层组成,如图3所示应用层包时间码网络层包层时间码 N-Chaur 交换层字符字符层符号信号层物理层图3SspaeeWire协议栈示意图各协议层规定内容如下: 物理层提供传送数据的物理通路包括电缆,连接器、电缆组件、PCB走线等物理介质本标 a 准对电缆、连接器、电缆组件,PCB走线等进行了约束; 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 b 对LvDS信号噪声门限、,DS编码、链路速率等进行了规定; 字符层定义数据字符、控制字符和控制码; 交换层旨在物理通道上建立可靠的数据传输链路 d 包层定义数据链路上传输的数据包格式; e 网络层定义网络构成和运行机制应用层由用户自行定义 g
GB/T38065一2019 5 详细要求 5.1物理层 5.1.1电缆 5.1.1.1 电缆结构 Spacewire电缆由4对相互绝缘的双绞屏蔽线和外绝缘层构成 5.1.1.2差分特征阻抗差分对的特征阻抗应为(100士6)Q. 5.1.1.3偏斜差分对之内的信号偏斜应小于0.05ns/m;差分对之间的信号偏斜应小于0.1ns/m. 5.1.2连接器 5.1.2.1 选型 Spacewire连接器可选用微距D型,9芯压接或焊接连接器,也可选用其他类型的、可用于差分信号传输的接插件同一网络内的设备宜选用相同规格的连接器,以便于快速组网以及设备和电缆的复用 5.1.2.2插座设备端宜采用孔式插座,插座应为直针式,以提高设备的抗震性插座安装时应与设备壳体良好接触,搭接电阻小于10mQ 5.1.2.3插头电缆端宜采用针式插头,电缆屏蔽层通过防电磁干扰尾罩与连接器的保护罩连援 5.1.2.4连接器接点定义 9芯连接器的接点定义如表1和图4所示表1连接器接点定义连接器接点号信号名称 Din十 Sin十可不连接或连接到电缆的内屏蔽层,根据系统及设备的接地设计进行选择,宜连接 Sout Dout Din Sin Sout十 Dout十
GB/38065一2019 连接内屏版 Dint Sinm叶t Sout Dout 层或不连接 out+ Dout Din Sinm 图4Sspaeewie连接器接点定义图 5.1.2.5连接器与印制板的连接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,则从内屏敲层引线连接到印制板的信号地 5.1.3电缆组件 5.1.3.1组成电缆组件由两个相同的连接器和一根电缆组成 5.1.3.2电缆长度和电气性能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 5.1.3.3电缆组件连接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 I Din Doutt Sin Sout GROUND GROUND Sout+ Sout Dout Dout Dint 外屏蔽层 w内屏蔽层图5Spaeewire电缆组件连接方式一示意图
GB/T38065一2019 表2电缆组件连接方式一接点表连接器A信号连接器A管脚电缆连接器B管脚连接器B信号连接 A-Din十 BDout十 A-Din B-Dout 连接 A-Sin十 BSout十连接 A-Sin 连接 BSout B-GND AGND 连接与差分对5,9、4,8的与差分对5,9、4,8的不连接内屏蔽层相连) 内屏蔽层相连 A-Sout十连接 BSin十 A-Sout 连接 BSin- 连接 A-Dout十 BDin十 A-Dout B-Dinm 连接 A-外屏蔽层连接器壳体连接连接器壳体 B外屏蔽层连接方式一的要求如下: a)Dout十/IDout一 -差分对与Sout十/sout一 -差分对的内屏散层应相连,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电缆外屏蔽层与连接器壳体应良好结合,搭接电阻小于10n c m2 d 金属尾罩与连接器主体应良好结合,搭接电阻小于10ma: 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 e Din Din Sint Sin So Sout DO Dout 外屏蔽层 wi内屏蔽层图6spaewire电缆连接方式二示意图
GB/T38065一2019 表3电缆连接方式二接点表连接器A信号连接器A管脚电缆连接器B管脚连接器B信号 A-Din十连接 BDout十连按 BDr- A-Din A-Sin十 BSout十连按 A-Sin 连接 BSout BGND(与内屏蔽层 A-GND(与内屏蔽层连接相连)/空点不连按相连)/空点 BSin十连接 A-Sout十 A-Sout 连接 BSin A-Dout十连接 BDin十连按 A-Dout BDin 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,搭接电阻小于10mn: b 连接器与电缆的连接处宜使用金属尾跟,以取得良好的力学保护和电磁屏蔽效果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; c dD 金属尾罩与连接器主体应良好结合,搭接电阻小于10mn: 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 5.1.4CB布线差分对PCB布线要求如下应依照差分线布线规则,平行、靠近走线,且阻抗控制为(100士6Q a b 差分对之内两个信号走线长度的差值应小于3mm: D信号差分对和s信号差分对之间走线长度的差值应小于5mm; c d)应尽可能减少差分对走线上的过孔数量 5.2信号层 5.2.1LVDs 5.2.1.1LVDs信号特性在spawite电缆中传输的D信号和s信号均为LVDs信号,设备端可选用Lvs接收和发送芯片、或是内嵌IVDS接收器和发送器的集成电路实现LVDs信号的发送和接收,LVDs信号的电气特征应符合IEEE1596.3一1996标准 LVDs信号单端特性如图7所示: 正、负信号的共模电压(Vm)为1.125V1.375V, a 正、负信号幅值(V.)为十250mv b 十450mV; LVDS差分特性如图8所示
GB/T38065一2019 差分信号的幅值为2v; c 差分信号的上升时间(T,)和下降时间(T)应不小于260ps,最大为2ns或0.3T(两者取较小 d 值); LVDS差分信号的过冲幅值应不大于0.4V. Out -s 十、 250mv+450mv 250mV+450my Ot ot rm=1125v~1375V 0v 图7LVIDS信号单端特性 +0.4 +0.4I 0.6 =250mV450mV 0.6r 0y 2 0.6 '=250mV450mv -0.6 o行 0.37 0.77 0.37 上升时间下升时图8LDS信号差分特性 5.2.1.2LVs差分信号眼图测试 LVDS差分信号眼图测试要求如下 LVDS差分信号眼图应跨接在接收器端接电阻两端进行测试 a 示波器和差分探头的带宽应大于最大链路速率的3.5倍; b 若接收器端接电阻不可测,例如端接电阻在封闭的设备中,则可以等效的方式测量,例如使用 LVDs接收测试板代替接收设备,在测试板的接收器端接电阻两端进行测试 d IVDS接收信号眼图应落在如图9所示的灰色区域之外 e LVDS接收器的输人电压范围应为0V+2.4V LVIS接收器的差分输人端电压值应不大于600mV fD) 幅值大于+100mV的差分信号将被接收器译为逻辑1: g h)幅值小于-100mV的差分信号将被接收器译为逻辑o 10
GB/T38065一2019 +100mv 0V差分信号 -100mv 0.257 0.37 0.257T" 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: 下列情况发生时,ILVDS接收器的输出应锁定为高阻态且不能出现振荡 a 1) LVDS发送器未加电 LVDS发送器使能无效(输出高阻态) 22) 33) LVDs接收器输人端开路(例如电缆断开) LVDS发送器未加电时,输出端应为高阻态,且泄漏电流小于10A: b LVDS接收器未加电时,输人端应为高阻态,且泄漏电流小于10MA 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所示数据 D信号 s信号图10Ds编码 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士1Mbit/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 1
GB/T38065一2019 5.2.4.2最小链路速率最小链路速率为2Mbit/s 5.2.4.3最大链路速率最大链路速率因系统而异,受信号衰减、偏斜和抖动情况的影响最大链路速率下的信号眼图应满足5.2.1.2的要求 5.2.44系统链路速率当链路处于运行态时,可根据应用需求设置链路速率 -个链路的两个方向,可根据应用需求设置不同的链路速率网络中的不同链路,可根据应用需求设置不同的链路速率 5.3字符层 5.3.1数据字符数据字符为编码后字符为10位,含1位校验位、l位数据控制位和8位数据;其中,数据控制位为 “o",表示当前为数据字符;8位数据应先传低位再传高位,如图11所示 D0 D2 D3 D5 D6 D7 LSB MSB -Dtan 数据控制符校验位图11数据字符 5.3.2控制字符控制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;数据控制位为“1",表示当前为控制字符 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所示控制字符LSBMSB 流控制令牌字符(Fcn 包结束字符(EOP 包错误结束字符(EEP) 转义字符(EsC 类型数据控制符校验位图12控制字符 12
GB/38065一2019 5.3.3控制码空闲码(Null)由EsC和FCT组成,中间的校验位为“0”,如图13所示当链路上无数据字符或控制字符传输时,持续发送空闲码,以保持链路活跃性并用于链路断开检测时间码(Time-Code)由ESC和数据字符组成,中间的校验位为“1”,如图13所示,其中B0~B5为时间信息,IB6,B7为控制信号时间码用于分发系统时间信息 EsC之后禁止跟随EsCEOP或EEP,违反则需报错控制码空闲码NLL FcT -Esc 值类型 (e B0 B B" B3 B4 B5B6B7时间码Time-Code LSB MSB sc' 数据字符图13控制码 5.3.4奇偶校验编码后的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 采用奇校验,因此检验作用域内“1”的数量应为奇数 -EOP FCT 数据字校验范 -校验范围" 图14奇偶校验作用范围 5.3.5初始传输字符复位或链路出错时,D信号和s信号应先置0 发送器复位后应先发送校验位,且该位应置0,以使 S信号先发生翻转,如图15所示第 -个Nl D信号 s信号图15链路启动时首个传输字符(Nul)发送示意图 5.3.6链路发送器/接收器与主机系统接口链路接口包含链路发送器和链路接收器,发送器从主机系统获取数据发送到链路上,接收器从链路 13
GB/T38065一2019 接收数据发送至主机系统链路发送器/接收器与主机系统的字符层接口由8位数据位和1位控制位组成,含义如表4 表4链路发送器/接收器与主机系统的数据接口控制位数据位(MSBlSB 含义 8位数据 xxxxxxxx EO -般采用0000.0000) xxxxxxx0( xxxxxxxl(一般采用00000001 EEP 5.4交换层 5.4.1链路字符和标准字符交换层有两类字符,分别是链路字符(Iink-eharacter，LChar)和标准字符normal-character" N-Char).LChar包括FCT,Esc,Nl及TimeCode,这些字符不会被传递到包层 NChar包含传输的数据字符及包结束标识(EOP和EEP),这些字符校验正确后将被传递到包层 5.4.2字符传输优先级字符传输的优先级为: a Time-Code最高优先级 b) FCT; c N-Char; d Null一最低优先级 5.4.3链路流控制 N-Char流在链路上的传输由FCT控制实现,若链路A端向B端发送了FCT,则表明A端可以接收若干数据,实现方式说明如下每个FCT指示可以接收8个N-Char;Spaeewire端口发出一个FCT,则表明该端口可以再接 a 收8个NChar;Spacewire端口应在接收到FCT之后,方可向链路另一端发送N-Char; b Spacewire端口对被授权发送的N-Char进行信用计数;每接收到一个FCT,计数器增加8;每发送一个N-Char,计数器减l; Spacewire端口的发送信用计数为0时,应停止发送N-Char并持续发送L-Char,直到收到一个新的FCT,将计数器置为8; 链路复位时,发送信用计数器应置0,最大值为56(7个FCT),若收到新的FCT后,计数器值超过56,则计数器值不增加且上报信用错误; Spacewire端口对请求接收的N-Char进行信用计数:每发送到一个FCT,计数器增加8;每接收一个N-Char,计数器减1; 链路复位时,接收信用计数器应置0,最大值为56(7个FCT) Spacewire端口有足够的空间缓存8个新的N-Char,且接收信用计数器不会溢出时,方可发送 g 新FCT 14
GB/38065一2019 5.4.4链路状态机 5.4.4.1概述链路状态机的状态转移图如图16所示复位链路断开/校骑错识转义错误接收到FCT/ 接收到N-Char/ 接收到ime-code/无效错误复位 " 发送复位接收复位乎乐 Ee 大 N "后链路断误" 错误等待运行发送复位发送Tm Time-Codes 接收使能 CsNChas/八wls 发送使能络断开链路链路断 Ie 3 龟链路断开 e-Co 义错使能且接收到FcT e 校验错误到rime 廷时12.8s后且发送FCm 接收到收到转义错误时1 Xt 接收到FCT 2 Time.-Code 接收到N.Chrl 接收到rime-Code/ 延时128us后/ 连接准备好无效发送rCT/Nuls 发送复位海e 接收使能发送使能验a 便胜且 aR 安收到发送好使能 U H 一 UILL超启动发送NULLs 接收使能图16链路状态机状态转移图链路状态机控制Spaeewire链路的初始化、建立链接以及指令响应过程当链路出现错误时,状态机可从错误中恢复 5.4.4.2错误复位状态错误复位状态如下链路状态机在下列情况会跳转到错误复位状态 a 端口复位; 2 在错误等待状态,当端口无效或断开、校验错误,转义错误,接收到FCT、接收到N-Char 或接收到Time-Code等事件发生时; 33 在准备好状态,当端口无效或断开,校验错误、转义错误,接收到FCT,接收到N-Char或接收到Time-Code等事件发生时; 在启动状态,当端口无效或断开、校验错误、转义错误,接收到FCT,接收到N-Char或接收到Time-Code等事件发生时; 在启动状态,超过12.84s未能正常跳转时 5 6 在连接状态,当端口无效或断开、校验错误,转义错误、接收到N-Char或接收到Time- Code等事件发生时; 15
GB/T38065一2019 77 在连接状态,超过12.8s未能正常跳转时 8 在运行状态,当端口无效或断开、校验错误、转义错误或信用错误等事件发生时错误复位状态下,应完成下列操作 b 开始6.44s计时 1 清除发送使能控制位; 2 3 清除接收使能控制位; 发送信用计数器置0 4 接收信用计数器置0 接收到FCT状态指示清零; 6 7) 丢弃未发送的Time-Code 错误复位状态下,下列事件发生时状态跳转;端口复位后,进人错误复位状态,并在该状态下停留6.4!s以上,则跳转到错误等待状态 5.4.43错误等待状态错误等待状态如下链路状态机在下列情况会跳转到错误等待状态;端口复位后,进人错误复位状态,并在该状态 a) 下停留6.4s后,则跳转到错误等待状态错误等待状态下,应完成下列操作 b 1) 开始12.8!s计时; 清除发送使能控制位; 2 33 置位接收使能控制位,但不向字符层传递N-Char且不寄存所有Time-Code. 错误等待状态下,下列事件发生时状态跳转端口复位后,跳转至错误复位状态端口无效发生时,跳转至错误复位状态; 2 33 链路断开发生时,跳转至错误复位状态; ！校验错误发生时,跳转至错误复位状态; 5 转义错误发生时,跳转至错误复位状态; 接收到FCT,N-Char或Time-Code时,跳转至错误复位状态; 6 错误等待状态下,停留12.84s后,跳转至准备好状态 77 5.4.4.4准备好状态准备好状态如下链路状态机在下列情况会跳转到准备好状态错误等待状态下,停留12.84s后,跳转至准备好 a 状态准备好状态下,应完成下列操作 b 清除发送使能控制位; 置位接收使能控制位,但不向字符层传递N-Char且不寄存所有Time-Code 2 准备好状态下,下列事件发生时状态跳转 1 端口复位后,跳转至错误复位状态; 端口无效发生时,跳转至错误复位状态; 22 链路断开发生时,跳转至错误复位状态; 3 校验错误发生时,跳转至错误复位状态; 44 转义错误发生时,跳转至错误复位状态 5 6 接收到FCT、N-Char或Time-Code时,跳转至错误复位状态; 16
GB/38065一2019 ？” 链路使能、链路启动允许时,跳转至启动状态; 8 链路使能、自启动允许,且接收到一个Null时,跳转至启动状态 5.4.,4.5启动状态启动状态如下链路状态机在下列情况会跳转到启动状态准备好状态下,链路使能、链路启动允许时,跳转至启动状态 1 2 准备好状态下,自启动允许,且接收到一个Null时,跳转至启动状态 b启动状态下,应完成下列操作 l)开始12.8s计时; 持续发送Null 2 33 置位接收使能控制位,但不向字符层传递N-Char且不寄存所有Time-Code. 启动状态下,下列事件发生时状态跳转端口复位后,跳转至错误复位状态 1) 端口无效发生时,跳转至错误复位状态 2 链路断开发生时,跳转至错误复位状态; 3 校验错误发生时,跳转至错误复位状态; 4 5 转义错误发生时,跳转至错误复位状态; 接收到FCT,N-Char或Timme-Code时,跳转至错误复位状态; 6 7) 使能状态下,至少接收到一个Null且发送了一个Null,则跳转到连接状态; 8 启动状态下,停留了12.8s后,跳转至错误复位状态 5.4.4.6连接状态连接状态如下链路状态机在下列情况会跳转到连接状态;启动状态下,至少接收到一个Nul且发送了一个 Nul,则跳转到连接状态连接状态下,应完成下列操作 b 1) 开始12.8s计时; 发送FCT使能" 2 无数据字符和控制字符发送时持续发送Null 3 发送FCT和Nll: 4 置位接收使能控制位; 5 接收到FcT时,向字符层发送N-Char并寄存接收到的Tinme-Code. 6 c 连接状态下,下列事件发生时状态跳转 1) 端口复位后,跳转至错误复位状态; 端口无效发生时,跳转至错误复位状态; 22 3 链路断开发生时,跳转至错误复位状态校验错误发生时,跳转至错误复位状态 4 5 转义错误发生时,跳转至错误复位状态; 6 在使能状态下,至少发送了一个FRcT且接收到了一个FCT,则跳转到运行状态; 77 在未发送FCT时接收到N-Char或Time-Code时,跳转至错误复位状态; 连接状态下,停留了12.8s后,跳转至错误复位状态 8 5.4.4.7运行状态运行状态如下: 17
GB/T38065一2019 链路状态机在下列情况会跳转到连接状态;连接状态下,至少发送了一个FCT且接收到了一 a 个FCT,则跳转到运行状态连接状态下,应完成下列操作 b 1 发送FCT,N-Char和Time-Code使能; 无数据字符和控制字符发送时持续发送Null 2 3 置位接收使能控制位; 发送N-Char和Time-Code到字符层; 40 5 将接收到的Time-Code发送至网络层连接状态下,下列事件发生时状态跳转 1 端口复位后,跳转至错误复位状态; 端口无效发生时,跳转至错误复位状态; 22 3 链路断开发生时,跳转至错误复位状态校验错误发生时,跳转至错误复位状态; 4 5 转义错误发生时,跳转至错误复位状态信用错误发生时,跳转至错误复位状态 6 5.4.5链路初始化根据5.4.4链路状态机的运行机制,链路初始化的过程说明如表5和图17所示,其中A端和B端分别为链路的两端表5链路初始化过程示例表链路A端状态链路B端状态状态跳转事件错误复位错误复位 A端6.44s超时,跳转至错误等待状态错误复位错误等待 B端6.4、超时,跳转至错误等待状态错误等待错误等背 A端12.8s超时,跳转至准备好状态准备好错误等背 A端链路使能,跳转至启动状态启动错误等背 B端检测到A端发送的Nll,并置位Nl接收标识位,无状态跳转发送Null 启动错误等背 B端均12.8s超时,跳转至准备好状态发送Nul 启动 B端链路使能,跳转至启动状态准备好发送Null 启动启动 B端发送一个Null,之前Nul接收标识已置位,因此跳转至连接状态发送Nul 发送Nul 启动端检测到B端发送的Nl,跳转至连接状态连接状态 B端发送FCT和Nul(无其他字符需要发送时发送Null A端发送FCT和Nul(无其他字符需要发送时连接状态连接状态 B端发送FCT和Null(无其他字符需要发送时 A端接收到一个FcT,跳转至运行状态 A端发送FCT、N-Char和Nul 运行状态连接状态 B端接收到一个FCT,跳转至运行状态运行状态运行状态 A.,B两端均进行运行状态,正常发送N-Char,FCT,和Nl 18
GB/38065一2019 A端错误复位状态发送复位接收复位等待6.4us B端错误等待状态发送复位错误复位状态接收使能发送复位等待12.8s 接收复位等待6.4s 准备好状态发送复位接收使能链路使能错误等待状态启动状态发送Nul 发送复位接收使能接收使能发送Nul 等特128s 准备好状态发送复位接收使能接收到链路使能 Nwlm 启动状态发送Nl 送业接收使能按收到Nul 连接状态连接状态发送FCTNull 发送T 发送FcT/Nul 按收使能发送EC 接收使能接收到FCT 按收到FCT 运行状态运行状态发送时间码/FCs 发送Timecode/FcT N-Chars/空闲码 N-Char/Null 按收使能按收使能图17链路初始化过程示意图链路端口复位后进人检错复位状态,对发送器和接收器进行复位发送复位时,先停止发送,之后先复位s信号再复位D信号链路端口在检错复位状态保持约6.44s后转至错误等待状态,此时,链路发送器仍为禁止状态,链路接收器开始检测Nul 链路端口在错误等待状态保持12.84s后转至准备好状态当链路两端均接收到Nll后,链路即建立链路建立后,链路端口即可从准备好状态转至启动状态链路端口在启动状态时,发送器持续发送Null,直到链路接收器接收到链路另一端发送的Nul或者发生连接超时错误若接收到Null,则转至连接状态;着12.84s内未接收到Nl,则转至检错复位状态,链路端口进行复位操作(依次进人检错复位状态,错误等待状态,准备好状态)试图在短时间内重新建立连接链路端口在连接状态发送FCT和Nul(无其他字符需要发送时)然后等待接收FCT 若接收到 FCT则转至运行状态;若12.8!s内未接收到FCT,则转至检错复位状态,链路端口进行复位操作(依次 19
GB/T38065一2019 进人检错复位状态,错误等待状态,准备好状态)试图在短时间内重新建立连接链路端口进人运行状态后即可开始常规操作,发送和接收N-Char,FCT和Nul,并一直维持在运行状态直到链路禁止或关闭 5.4.6差错检测 5.4.6.1差错类型有5种形式的接收错误可以在交换层检测和处理,分别是连接错误、校验错误、转义错误、信用错误和字符序列错误检测到错误后时将复位初始化字符同步和流控制进程 5.4.6.2连接错误如果超过850ns仍未接收到D信号或s信号,接收端则检测到连接错误当发生连接错误时,链路两端的设备均会不停地尝试与对方再建立链接,直到链接成功或是端口被禁止 5.4.6.3校验错误收到校验位后将进行校验计算,如果校验错误在收到第一个Null之后,链路接口将复位初始化字符同步和流控制进程 5.4.6.4转义错误转义错误是指在除FCT之外的其他控制字符之后收到了ESC,此时链路接口将复位初始化字符同步和流控制进程 5.4.6.5信用错误信用错误是指在运行状态下,在错误的时刻接收到了N-Char,此时链路接口将复位初始化字符同步和流控制进程 5.4.6.6字符序列错误字符序列错误是指在链路接口初始化的过程中在错误的时刻接收到了FCT或N-Char字符,此时链路接口将复位初始化字符同步和流控制进程 5.4.6.7时间误差约定 5.4.6.7.1D信号,S信号复位时间 D信号和s信号的复位时间应在555ns[2(1-10%)MHz的时钟周期]到链路发送器的最短时钟周期根据实际应用 5.4.6.7.2连接超时连接超时的850ns应在727ns[8个10(1十10%)MHz的时钟周期]1000ns[8个10(1一10% MHa的时钟周期]之间判断 5.4.6.7.3初始化超时 6.4s超时应在5.82us[64个10(1+10%)MHz的时钟周期]7.22us[64个10(1一10%)MH么的时钟周期]之间判断 12.84s超时应在1l.64As[128个10(1+10%)MHz的时钟周期]~14.33s[128个10(1-10%)MHz 的时钟周期]之间判断 20
GB/38065一2019 5.5包层 5.5.1包的定义包层协议继承了IEEE1355一195定义的组包层协议,规定了源端到宿猫的数据包格式 Spacewire传输包格式如图18所示目的地址传送的数据包结束标识图18SpaceWire包格式其中目的地址由0个或多个目的识别符(记为desL_d)构成,即目的地址)=(dest_id1>0(dest_idNy 每个目的标识符包含一个数据字节且目的标识符之间不应被分割包结束标识有两个:EOP和EEP,分别表示此传输包正确或异常结束 5.5.2CCSDS包在Spacewire网络上的传输 5.5.2.1ccSDs包 Spacewire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 CCSDS数据包在Spacewire总线上的传输格式进行了定义 5.5.2.2包长度包长度为7字节一65542字节 5.5.2.3cCSDs包的Spaeewire网络传输格式在Spacewire网络上传输的CCSDS包格式如图19所示传输首字节目的地址1 ----- 目的地址n" 目标逻辑地址协议标识保留=0x00 用户定义 ccsDS包(首字节 ccsDS包 ccsDs包 ccSDS包 ccsDs包 ccSDs包 ccsDs包(尾字节) EOP cCSDS包传输尾字节图19SpaceWire网络上的CCSDS包传输格式 5.6网络层 5.6.1基本特性 5.6.1.1 Spacewire总线网络中,数据被分割成包传输数据包是网络层数据的最小管理单位,包由目的地 21
GB/T38065一2019 址、传送的数据及包结束标识组成,详见5.5.1 5.6.1.2流控制 SpaceWire总线网络使用流控制管理数据包从一个节点或路由器流向另一个节点或路由器,节点或路由器在接收缓存未满时向源设备发出FCT字符接收数据包,否则暂停数据包的接收,详见5.4.3 5.6.1.3虫洞路由虫洞路由是一种特定的包路由方式包头的目的地址指示了包在网络中的传输路径及目的节点,路由交换机通过检测包目的地址选定包输出的端口,并将该端口标识为“忙状态”直到整包传输完成虫洞路由的过程如图20所示节点路由器书点路由器按收包头并检查目标端口状态节点路由器节点路由器为输入端口和目标端口建立连接并传送数据包节点路由器节点路由器按收包头并检查目标端口状态包头 m数据包尾图20虫洞路由示意图 5.6.1.4头删除头删除是指在路由之后将包的第一个字符删除 5.6.1.5包寻址 5.6.1.5.1路径寻址路径寻址是按照路由器的物理端口进行寻址,路由器配合使用包头删除技术,源节点在打包数据时确定数据包的传输路径,当数据包经过多个路由器传输时,目标地址变长,包头的复杂度由数据包的发送源和接收目标在网络中的位置决定 5.6.1.5.2逻辑寻址逻辑寻址方式下,为路由器的每个物理端口分配一个唯一的逻辑地址,为每个路由器配一个路由表当数据包在网络中传输时,目标地址只需要一个逻辑地址表示,不需要进行包头删除操作当网络达到一定规模后,路由表就变得相当大,并且路由表的初始建立和修改维护都很复杂逻辑寻址中,数据包的传输路径由路由表中逻辑地址与物理端口的映射关系决定 22
GB/38065一2019 5.6.1.5.3区域逻辑寻址区域逻辑寻址,将Spacewire网络划分成若干区域,区域内部使用逻辑寻址方式,区域之间使用路径寻址方式该寻址方式下,逻辑地址可以进行包头删除操作,路由表中为每个逻辑地址增加标识包头删除/保留的信息,大大增加了逻辑寻址的范围 5.6.1.6路由表路由表用于将包前端的目的地址映射为传输的物理端口,路由地址的分配如表6所示表6路由地址地址范围功能描述内部配置口 131(o1-lFh 物理输出口 32254(20-FEh 逻辑地址,映射到物理输出口保留 255(FFh 5.6.2Spaeewie路由 5.6.2.1路由方案路由方案要求如下路由器应根据包的首个数据字符判定包输出端口 aa b 路由器可以只实行路径寻址方式,或是实行路径寻址、逻辑寻址、区域逻辑寻址组合方式如果使用逻辑寻址,路由器中应同时存有路由表和逻辑-物理地址映射表; d 访问空的路由表或是不存在的物理端口,应给出无效地址错误指示; 逻辑地址的最大寻址个数为224; 区域逻辑寻址方式下,每个区域的逻辑地址最大寻址个数为224; g 路径寻址的最大端口数为32(含配置端口); h 配置端口只应通过路径寻址方式访问; 应用美制除时,每个包的首数操字符均应被制除,且每经过一个路由器仪别除一个数据字符逻辑地址的255为保留地址,不应使用 5.6.2.2虫洞路由虫洞路由要求如下当包抵达一个路由开关时,应判决其指定的输出口 a 如果输出口空闲则应分配给新到达的包 b 包的每个字符被输人口接收后均应立即传输到输出口; c 输出口在当前包传输完成或发生错误终止前,不应传输其他包: d 当输人口在等待包的后续字符时,输出口仍应等待; 当输出口的字符还在等待传输,输人口也应等待如果指定输出口忙,新抵达的包应在输人口等待直到输出口空闲 g h 在输出口结束了当前包的传输之后,可接收其他输人口的包; 为了避免网络阻塞,宜: 23
GB/T38065一2019 将大包拆分成若干小包,例如将图像数据按扫描行拆分; j 采用端到端的流控制机制,以确保传输时接收端空闲 k3 当阻塞时间超出了可承受的范围,可能发生了错误,设置看门狗进行检测并丢弃阻塞的包 5.6.2.3路由仲裁路由仲裁要求如下: 两个或更多的输人可以请求同一个输出端口,路由器应给出仲裁办法; a) b) 当被请求的输出端口空闲时,路由器应通过仲裁将其分配给一个输人端口进行包传输 e 多个输人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人端口进行仲裁 5.6.3spacewire节点 Spacewire节点要求如下 Spacewire节点应包含一个或多个SpaceWire链路接口及一个主系统接口; a 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链路接收包流发送给主机,或是上述两个流程同时进行 5.6.4Sspaeewire网络 SpaceWire网络要求如下 Spacewire网络应包含两个或多个Spacewire节点及零个或多个Spacewire路由器 a Spacewire节点和Spacewire路由器之间应通过Spacewire链路连接 b 包从一个Spacewire节点传输到另一 Spacewire节点,应经过Spacewire链路或者个 SpaceWire路由器; Spacewire节点和Spacewire路由器可通过RMAP指令进行远程访问和控制,RMAP协议为 d Spacewire从属协议 5.6.5网络时间 5.6.5.1时间码格式 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个控制位组成 5.6.5.2主时间 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系统产生 5.6.5.3计时机制 SpaceWire网络中,每个节点或路由设备均含有一个计时器以保存时间码中的6位时间信息,其值从063循环其中,时间主机系统周期性发出计时信号,与之连接的Spacewire端口每收到一个计时信号计时器加1,并作为新的时间码发出;其他节点或路由器,在新到达的时间码比节点和路由器的计时器的当前值大1时视作有效,取代当前值并被广播 5.6.5.4时间码在链路上的传输当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接口接收时间码、检查其有效性,更新计时器的值,如果接收到的时间码无效则忽略 24
GB/38065一2019 5.6.5.5时间码在网络上的分发主时间SpaceWire端口在接收到有效的计时信号后,将计时器的值加1作为新的时间码发出与时间主机连接的节点或路由设备接收到时间码后,对其有效性进行检测,如果新的时间码的时间值比设备计时器中的值大1则认为新的时间码有效,节点或路由设备向连接的其他链路发出时间码如果设备接收到的时间码的时间值无效,则该时间码会被忽略且不会被再发送如此传送,直到网络中所有设备的时间码均更新 5.6.5.6时间码丢失如果时间码在传输的过程中丢失,网络中的部分节点或路由设备的计时器在本次校时中无法更新下次校时过程中,未成功校时节点或路由设备会用新的时间码更新计时器,但不会发送新的时间码大如此,SpaceWire网络再经过若干次的校时后便会统一时间消除时间码丢失的影响,所需的校时次数由网络的规模和时间码丢失的位置决定故障恢复机制 6.1交换层故障及处理 6.1.1交换层故障类型交换层故障类型如下断开错误 a b) 校验错误; c 转义序列错误; d 字符序列错误; 信用错误 e 6.1.2交换层故障处理交换层故障处理如下 a)检测故障; b 断开链接错误报送网络层; d 链接端口使用时尝试重新建立链路 6.2网络层故障及处理 6.2.1链接错误处理若在链路端口检测到链接错误应在网络层对该错误进行恢复错误报送网络层; a b 终止当前包的接收; 丢弃当前包直至接收到下一个EOP或EEP; c 若错误发生在源或目的节点的某个链路接口,则应将错误报送应用层 d 若错误发生在路由器的某个链路接口,则应通过设置状态寄存器或硬件接口指示该错误 6.2.2接收到包错误结束字符处理接收到包错误结束字符(EEP)处理方式如下 25
GB/T38065一2019 SpaceWire路由器对EOP和EEP同等处理,均应当作包结束标识,释放输出端口; a b SpaceWire节点接收到EEP应通知应用层处理 6.2.3无效目的地址处理无效目的地址处理方式如下 a)路由器接收到无效目的地址后丢弃该包,直到接收到EOP或EEP后认为该无效包结束; b 节点接收到无效目的地址后丢弃该包并通知主机在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 c 包路由器删除后一个E(OP或EEP以丢弃该包 6.3链路错误恢复当链路接口检测错误并进行恢复的过程如下发现错误(断开错误,校验错误,转义序列错误,字符序列错误,信用错误); a b) 断开链路; 若断开前的N-Char不是EOP,则向接收缓存写人一个EEP; c d 若发现错误时正在发送一个包,则丢弃该包剩下的部分,读发送FIFO并丢弃读出的N-Char 直到读到一个EOP或EEP并丢弃重新连接; e fD 发送后续包详见图21 缓存 FIFo 链路 FIFO 缓存 1.发现错误 - 错误 HD TX --RX Rx Tx XXX 2.断开链路 TX -RX Tx RX 又又又 3.向接收FIFo写入 -RRx TX RX TX X9 EoP ，那除下op之前的数( TX RX RX TX 5.重新连接 RX Rx 6.发后续包 TX 一RX Rx 链路错误恢复处理过程图21 6.4应用层故障处理 6.4.1应用层约定应用层协议由用户自行定义下述故障需在应用层检测和处理,处理建议见6.4.26.4.4 26

航天器SpaceWire总线技术要求GB/T38065-2019解析

航天器上有许多的控制和数据设备需要进行通信，因此需要一种可靠而高效的总线技术。在这样的背景下，SpaceWire总线技术应运而生。该技术以其高速率、低功耗、可靠性等特点得到了广泛应用。

GB/T38065-2019《航天器SpaceWire总线技术要求》是我国针对航天器SpaceWire总线技术制定的标准。该标准是基于CCSDS SpaceWire协议的，规定了航天器使用SpaceWire总线时，硬件和软件方面的要求和测试方法。

根据该标准，SpaceWire总线应该具有以下几个方面的要求：

1. 总线拓扑结构要求

SpaceWire总线支持星型、链式和总线型三种拓扑结构。在实际应用中应根据具体需求选择合适的拓扑结构。此外，总线要求支持冗余和自动屏蔽等机制以提高可靠性。

2. 总线速率要求

SpaceWire总线支持不同的速率，包括2Mbps、10Mbps和100Mbps等。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的速率以满足通信需求。

3. 总线电气特性要求

SpaceWire总线应该符合CCSDS SpaceWire协议的电气特性要求。其中包括正常工作状态下的电压范围、噪声容限、传输延迟等方面的要求。

4. 总线数据协议要求

SpaceWire总线使用数据包进行通信，数据包格式应符合CCSDS SpaceWire协议的规定。此外，数据包的优先级、错误检测和纠错机制也应符合标准要求。

5. 总线接口要求

SpaceWire总线的接口应符合CCSDS SpaceWire协议的规定。接口应包括时钟、数据、控制等信号，并应支持多种连接方式。

6. 总线测试方法要求

GB/T38065-2019标准还规定了用于测试SpaceWire总线的方法和测试要求。这些测试方法包括了总线速率、电气特性、数据协议等方面的测试。

综上所述，GB/T38065-2019《航天器SpaceWire总线技术要求》是我国制定的一项重要标准，为航天器使用SpaceWire总线提供了具体而详尽的硬件和软件方面的要求。只有严格遵守该标准，才能够保证航天器通信的可靠性和高效性。