基于FPGA的SpaceWire接口容错设计与评估.pdfVIP

第21卷第3期 机电产品开笈与钊新 VOI．21．NO．3 2008年5月 Development Innovation of MachineryElectrical Products May．，2008 基于FPGA的SpaceWire接口容错设计与评估 陈苏鹏，于立新，飞海东，褚军舰 (北京微电子技术研究所，北京 100076) 摘 要：SpaceWire是一种面向航天应用的高速通信标准，对其做客错设计对于系统的可靠性具有重要 意义 本文的工作是在分析SpaceWire协议错误处理机制的基础上，对基本的SpaceWire接口 电路在逻辑层做了三方面的容错设计：一是FIFO模块的纠一检二汉明编码设计；二是状态机 状态编码的容错设计考虑；三是寄存器的三模冗余设计。以上设计都在Xilinx的FPGA中实现 和验证．并对容错设计对性能和面积的影响做出了分析和比较。 关键词：SpaceWire；容错；H2编码；汉明码；三模冗余 中图分类号：TN919．8 文献标识码：A 文章编号：1002—6673(2008)03—142—03 误处理机制功能主要由图中的PPU单元 (Protocol Pro— 0引言 cess Unit)来处理。此外，PPU还负责链路的初始化， SpaceWire总线是一种较新的，由欧空局 (ESA)推 正常操作，在接口电路中发挥了核心的控制作用。实际 出一种专 门面向航天应用的通信标准 ，其基于 上PPU实现的是协议中状态机的功能．状态机规定了六 IEEE1355和 ANSI／TIA，EIA一644 fLow Voltage Differential 种状态：ErrorReset．ErrorWait，Ready，Started，Con— Signaling) Ⅲ两种商业标准。它的主要特征是：串行， necting，Run。一旦发生了交换层的某个错误，状态就 双向全双工，全数字，高速 (200MHz)，带路由器的拓 会回到 ErrorReset态，使接口重启。如果错误发生在 扑结构。其在航天工业界得到越来越广泛的应用。我们 Run状态，意味着链路已经连接起来，链路上有数据传 的设计符合于ECSS—E一50—12A的SpaceWire接1：1，实 输的情况下发生了错误，此时这个错误将被视为连接错 现了协议的信号层．字符层，交换层和包层。 误，报给后面的网络层，由网络层处理机制来处理。 作为一种专门面向航空应用的总线标准，对 SpaceWire接口电路的可靠性设计对于整个系统的可靠 _2 是非常重要和必要的。考虑空间应用的极端环境，特别 是高辐射的环境下，当一个高能粒子 (像离子，中子， L { “nk】 质子等)穿过硅时，它有可能对器件造成暂时或永久性 的损坏。其中，典型是单粒子翻转效应 (SEU)，单粒子 点 ． f Data J 翻转会对一些存储模块，如存储器，寄存器等的翻转 闭， 造成功能的失效。为解决这个问题，很多抗辐射的设计 圈1 SpaceWire接口模块框图 技术应用于电路设计的各个层次，本文的工作主要是集 Fig．1 SpaceWire interface block diagram 中在逻辑层的抗单粒子设计技术。 1．2 网络层 (Network Leve1)错误处理机制 1 SpaceWire的错误处理机制