CN110417780A - 定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块 - Google Patents
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Abstract
定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，涉及卫星地面测试技术领域，为解决现有技术中卫星测试过程中定制化高速并行接口数据信息获取困难的问题，包括步骤一、采用高性能可编程的片上系统实现多通道定制化接口协议数据接收；步骤二、接口数据搬运；步骤三、数据存储与格式封装；步骤四、轻量级以太网协议栈的移植与修改；步骤五、基于轻量级以太网协议栈的数据发送。本发明具有接口协议可定制、数据传输速度提升30％、可接入通道多等优点，能够以规定协议格式采集高速LVDS接口信号，并将其转化为标准的以太网协议数据输出至客户端。
Description
技术领域
本发明涉及卫星地面测试技术领域，具体涉及一种多通道高速数据接口转化模块。
背景技术
卫星地面测试是保障卫星正常工作的关键环节，将专用的卫星接口数据格式转化为地面设备通用的以太网接口数据格式的处理模块是实现过程可控、结果可视、信息可对比的关键。随着卫星任务的多样化和定制化，越来越多的数据需要在不同的单机之间传输，其间的接口多为具有个性化数据协议的高速LVDS并行信号，虽然LVDS信号具有传输速度高、功耗低、抗干扰能力强等优点，但在功能测试与验证阶段，因其定制化程度高、数据并行度大等特点难以获取LVDS接口的数据内容，给卫星的地面测试、故障排除、数据内容对比等工作带来了巨大的不便。
定制化数据传输协议是我国卫星研制完全自主化的重要组成部分，设计人员可以摆脱标准协议使用中数据格式、接口硬件、通路带宽等多种限制，根据应用功能的实际需求设计更加高效的接口协议。这虽然在卫星功能实现上提供了更加高效的解决方案，但在功能测试上也对地面测试设备提出了更高的要求。通常的解决办法是针对特定协议设计特定的解编码单机，将特定数据格式的接口转化为以太网协议格式输出至服务器或信息测试终端。这种方式虽然可以有效的解决定制化协议数据测试困难的问题，但其硬件设计往往针对性比较高，即专用测试设备测试专用单机，无法实现一套硬件适应所有或大多数测试环境，导致的问题是如果接口协议稍有变化就需要重新设计硬件，如此一来，在测试成本、人员消耗以及设备研发周期等方面造成了很大的浪费。此外，传统的接口转接系统通常以单机或机柜的形式呈现，其体积大、质量重，在复杂的测试厂房环境中移动十分不方便。因此，设计一个能够满足协议定制化数据传输协议需求，同时具有较强通用性的多通道高速数据接口转化模块是目前卫星测试领域亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是：为了解决现有技术中卫星测试过程中定制化高速并行接口数据信息获取困难的问题，提出一种定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块。
本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，所述模块实现多通道高速数据传输包括以下步骤：
步骤一：利用ZYNQ UltraScale+MPSoC中的可编程逻辑资源设计多通道并行接收逻辑单元，并将接收到的多通道数据存储到片上随机存储器中；
步骤二：利用可编程逻辑资源设计传输控制器，利用传输控制器判断数据是否符合传输条件，若符合传输条件则控制数据传输单元对接收到的原始数据进行搬运；
步骤三：通过数据传输单元将搬运后的数据写入外部缓存的固定地址区中，并根据Cortex HDR协议格式在缓存中完成数据包的拼接封装；
步骤四：将轻量级以太网协议栈移植到ZYNQ UltraScale+MPSoC中的ARM处理器上，更改协议栈程序，实现同网段多网口通讯；
步骤五：编写TCP/IP协议数据的接收与发送函数，接收客户端数据请求信息，从缓存地址中直接读取并发送数据。
进一步的，所述步骤一的具体步骤为：首先通过设计外部接口硬件电路将LVDS差分信号转化为符合处理器输入信号要求的单端数据信号，接口电路采用与转接模块内部完全隔离式设计；之后，按照定制化的接口协议时序图对输入信号的时序关系进行匹配，利用高速时钟采样的方式读取输入信号并将获取的二进制信号存储至片上随机存储器中，同时对读取数据帧进行计数。
进一步的，所述步骤二的具体步骤为：首先读取步骤一中的帧计数值，然后利用传输控制器根据预先设置的片上存储器的容量判断其是否达到半满状态，若达到半满状态则认为具备一次数据传输条件，此时，传输控制器通过命令控制总线向可编程逻辑资源中数据传输单元发送配置及控制指令，开启一次传输，传输数据量为片上存储器总容量的一半。
进一步的，所述步骤三的具体步骤为：首先通过数据传输单元将片上存储器中的数据直接写入到外部缓存中，根据通道数据总量划分不同大小的专用缓存区进行循环覆盖式存储，同时，在缓存区中用来存储数据帧的地址区间前后分别写入根据Cortex HDR协议规定格式结合通道数据帧属性计算出的协议帧头与帧尾。
进一步的，所述步骤四的具体步骤为：首先将轻量级以太网协议栈移植到ZYNQUltraScale+平台中的ARM处理器上，然后设置协议栈参数，并修改协议栈中的网口注册函数和IP匹配函数。
进一步的，所述步骤五的具体步骤为：首先编写TCP/IP协议数据的接收与发送函数，然后接收指定端口固定IP地址发来的数据，接收到数据发送请求后，由发送函数直接读取步骤三中的缓存区内容，将缓存数据以TCP/IP协议发送至客户端软件。
本发明的有益效果是：本发明具有接口协议可定制、数据传输速度提升30％、可接入通道多等优点，能够以规定协议格式采集高速LVDS接口信号，并将其转化为标准的以太网协议数据输出至客户端。
附图说明
图1为本发明硬件部分整体设计框图。
图2为本发明功能设计框图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式对卫星数传单机输出的4通道高速数据以Cortex HDR协议格式进行了接口转化，实现预期功能，具体按照以下步骤实施：
步骤一、采用高性能可编程的片上系统实现多通道定制化接口协议数据接收。
首先通过设计外部接口硬件电路将LVDS差分信号转化为符合处理器输入信号要求的单端数据信号，为确保与卫星测试的安全性，接口电路采用与转接模块内部完全隔离式设计；之后，利用高性能ZYNQ UltraScale+MPSoC中的可编程逻辑资源(PL部分)，根据卫星数传单机输出数据协议格式设计定制化接口逻辑电路，按照接口协议时序图对输入信号的时序关系进行匹配，通过高速时钟采样的方式读取输入信号，每8192bit为一个数据帧，以32位宽存储到FIFO中，并实时记录接收的数据帧个数。每一组数据通道均已上述形式进行设计，并根据相应的传输协议定制接口逻辑。
步骤二、接口数据搬运。
利用可编程逻辑资源设计传输控制器，实时读取接收数据帧计数值，当通过步骤一得到的原始数据在FIFO中积累至大于总容量一半时，传输控制器首先向FIFO发出读数据请求，之后，通过AXI Lite总线向可编程逻辑资源中DMA单元发送配置指令并启动一次DMA传输，传输数据总量为FIFO容量的一半。每路数据通道配备一个DMA单元进行数据传输，DMA的数据输入与输出均采用AXI Stream总线形式进行读取与发送。
步骤三、数据存储与格式封装
通过DMA单元将各通道FIFO中的数据持续不断的搬运至外部DDR缓存中，根据各通道数据码速率，将DDR划分成多个合适大小的专用缓存区。由于卫星载荷数据需要以CortexHDR协议格式发送，在数据开始传输前，根据Cortex HDR协议规定格式结合通道数据帧属性计算出协议帧头与帧尾数据内容，并将其写入对应缓存区中的帧头地址位和帧尾地址位。当数据开始传输时，只需将对应通道的数据帧写入帧头与帧尾间的地址区间，完成数据拼接与协议格式封装。
步骤四、轻量级以太网协议栈的移植与修改
将轻量级以太网协议栈(LWIP)移植到ZYNQ UltraScale+平台中的ARM处理器上作为服务端，通过设置协议栈参数提高协议栈本身效率。因为，可应用于嵌入式平台的轻量级以太网协议栈在数据通讯过程中，只对不同网端的IP地址设备进行区分，无法实现多网口同网段的通讯功能。所以，针对同网段IP地址通讯问题，修改协议栈中的IP匹配函数，增加IP地址末位匹配功能，实现同网段不同地址的判断功能。同时，基于单网口的协议栈通讯功能，增加网口注册函数，从而实现多通道以太网端口的同网段通讯。
步骤五、基于轻量级以太网协议栈的数据发送。
编写TCP/IP协议数据的接收与发送函数。首先，协议栈开始接收指定端口固定IP地址发来的数据请求，确定请求信息后，由ARM控制器借助DDRC硬核模块直接从相应的缓存空间中取出Cortex HDR协议格式数据，并由发送函数以TCP/IP协议数据包格式输出，通过多通道千兆以太网接口将数据发送至对应地址的客户端，从而实现多通道高速并行接口数据信息获取与接口转化功能。
图1中①：输入至模块缓存电路数据流，②：模块缓存电路至MAC控制器数据流，③：MAC控制器至以太网接口数据流。
需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，其特征在于所述模块实现多通道高速数据传输包括以下步骤：
步骤一：利用ZYNQ UltraScale+MPSoC中的可编程逻辑资源设计多通道并行接收逻辑单元，并将接收到的多通道数据存储到片上随机存储器中；
步骤二：利用可编程逻辑资源设计传输控制器，利用传输控制器判断数据是否符合传输条件，若符合传输条件则控制数据传输单元对接收到的原始数据进行搬运；
步骤三：通过数据传输单元将搬运后的数据写入外部缓存的固定地址区中，并根据Cortex HDR协议格式在缓存中完成数据包的拼接封装；
步骤四：将轻量级以太网协议栈移植到ZYNQ UltraScale+MPSoC中的ARM处理器上，更改协议栈程序，实现同网段多网口通讯；
步骤五：编写TCP/IP协议数据的接收与发送函数，接收客户端数据请求信息，从缓存地址中直接读取并发送数据。
2.根据权利要求1所述的定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，其特征在于所述步骤一的具体步骤为：首先通过设计外部接口硬件电路将LVDS差分信号转化为符合处理器输入信号要求的单端数据信号，接口电路采用与转接模块内部完全隔离式设计；之后，按照定制化的接口协议时序图对输入信号的时序关系进行匹配，利用高速时钟采样的方式读取输入信号并将获取的二进制信号存储至片上随机存储器中，同时对读取数据帧进行计数。
3.根据权利要求2所述的定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，其特征在于所述步骤二的具体步骤为：首先读取步骤一中的帧计数值，然后利用传输控制器根据预先设置的片上存储器的容量判断其是否达到半满状态，若达到半满状态则认为具备一次数据传输条件，此时，传输控制器通过命令控制总线向可编程逻辑资源中数据传输单元发送配置及控制指令，开启一次传输，传输数据量为片上存储器总容量的一半。
4.根据权利要求3所述的定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，其特征在于所述步骤三的具体步骤为：首先通过数据传输单元将片上存储器中的数据直接写入到外部缓存中，根据通道数据总量划分不同大小的专用缓存区进行循环覆盖式存储，同时，在缓存区中用来存储数据帧的地址区间前后分别写入根据Cortex HDR协议规定格式结合通道数据帧属性计算出的协议帧头与帧尾。
5.根据权利要求4所述的定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，其特征在于所述步骤四的具体步骤为：首先将轻量级以太网协议栈移植到ZYNQ UltraScale+平台中的ARM处理器上，然后设置协议栈参数，并修改协议栈中的网口注册函数和IP匹配函数。
6.根据权利要求5所述的定制化数据传输协议的多通道高速数据接口转化模块，其特征在于所述步骤五的具体步骤为：首先编写TCP/IP协议数据的接收与发送函数，然后接收指定端口固定IP地址发来的数据，接收到数据发送请求后，由发送函数直接读取步骤三中的缓存区内容，将缓存数据以TCP/IP协议发送至客户端软件。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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