SpaceWire總線冗余備份優(yōu)化方法

王國(guó)輝，張曉宇，關(guān) 永，劉永梅

(1.首都師范大學(xué)電子系統(tǒng)可靠性技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所衛(wèi)星通信與廣播電視專業(yè)部，石家莊 067000)

1 概述

在現(xiàn)代產(chǎn)品質(zhì)量要求中，可靠性占有突出的重要地位。而備份方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是可靠性工程中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。SpaceWire[1]是為了現(xiàn)代高速設(shè)備之間通信而設(shè)計(jì)的全雙工的、點(diǎn)到點(diǎn)的、串行數(shù)據(jù)通信鏈路。一般主要用于衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)上設(shè)備之間的通信，而這些設(shè)備都是工作在苛刻通信環(huán)境中。因此，最大限度地提高SpaceWire的可靠性是一項(xiàng)重要的研究課題。該項(xiàng)目要求 SpaceWire具有在750 km的太陽(yáng)同步軌道上工作3年后可靠度為0.95的能力，而在FPGA上實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的初始可靠度為0.8674，遠(yuǎn)不能滿足需求。為了既達(dá)到設(shè)備高可靠度的要求，又能充分利用有限的FPGA片上資源，文獻(xiàn)[2-3]分別用TMR方法和形式化驗(yàn)證的方法提高Spacewire節(jié)點(diǎn)可靠性。

本文提出一種基于FPGA的SpaceWire總線冗余備份優(yōu)化方法。該方法通過(guò)調(diào)整內(nèi)部功能子模塊的可靠度，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的備份優(yōu)化，提高系統(tǒng)的可靠度。

2 背景知識(shí)

SpaceWire節(jié)點(diǎn)[4]內(nèi)部主要包括控制、發(fā)送、接收、恢復(fù)、錯(cuò)誤、時(shí)間、信譽(yù)及波特率選擇八大功能模塊。其工作流程如圖1所示。

圖1 SpaceWire功能模塊工作流程

2.1 SpaceWire的功能模塊

8個(gè)模塊的功能分別如下[5]：

(1)控制模塊：該模塊的主要功能是控制鏈路的多個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，包括接收到意外錯(cuò)誤的處理，如超時(shí)、斷開(kāi)或發(fā)生奇偶錯(cuò)誤等。

(2)發(fā)送模塊：該模塊的主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 DS(Din和Sin)編碼并將其按串行發(fā)送出去。……