郭 萌 張宏波 柳 柱 薛 寧 梁 爍

（北京航天自動控制研究所 北京 100854）

1 引言

近年來，隨著我國航天器控制系統(tǒng)、計算機(jī)、傳感器等技術(shù)的不斷發(fā)展，航天電子設(shè)備日益趨向于高度集成化、智能化和信息綜合化，箭上信息傳輸量大幅增加。新一代火箭控制系統(tǒng)比任何時候都更依賴高帶寬、強(qiáng)實時、開放式的數(shù)據(jù)通信來進(jìn)行多方數(shù)據(jù)綜合處理從而提高其控制性能，這也對新一代箭載總線提出了更新更高的要求。

傳統(tǒng)的箭載控制系統(tǒng)總線主要使用的是20 世紀(jì)70 年代初期美國空軍萊特實驗室提出的飛機(jī)內(nèi)部時分指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線［1］——MIL-STD-1553B。1553B 總線網(wǎng)絡(luò)在航天領(lǐng)域得到了很大的應(yīng)用與發(fā)展，且均取得了巨大的成功［2］，但其典型的1Mbps 的帶寬和32 個終端數(shù)量極大地限制了其拓?fù)浼軜?gòu)的可拓展性，已不能滿足如今高帶寬的復(fù)雜航天控制系統(tǒng)的應(yīng)用。此外，由于傳統(tǒng)總線功能的不完備性，控制系統(tǒng)中還存在多種總線并存、數(shù)據(jù)傳輸錯綜復(fù)雜的特點，不同設(shè)備間使用不同總線傳輸不僅檢測可靠性差，故障診斷難度也較大。傳統(tǒng)總線帶來的多方面問題已經(jīng)成為制約航天控制系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。

伴隨著航天電子綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和大數(shù)據(jù)量通信傳輸需求急劇增加的應(yīng)用背景需求，將光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用于航天控制系統(tǒng)已成為當(dāng)今控制系統(tǒng)總線技術(shù)的重要研究和發(fā)展方向之一。本文提出了一種基于FC-AE-1553 協(xié)議的命令響應(yīng)式串行光纖總線——GLink 高速光纖通信總線（以下簡稱GLink 總線）。該總線在繼承了光纖通道高帶寬、低延遲、高可靠性的傳輸特性同時，又具備了極高的應(yīng)用靈活性和低功耗結(jié)構(gòu)特性。GLink 總線的技術(shù)研究滿足了新一代箭載通信的對高速、強(qiáng)實時、一體化等需求，具有重要的國防軍事意義與應(yīng)用價值。

2 光纖通道協(xié)議介紹與研究

2.1 光纖通道協(xié)議層介紹

光纖通道協(xié)議（Fibre Channel，F(xiàn)C）是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會（ANSI）制定的一種高速串行計算機(jī)通信協(xié)議，具有帶寬高、延遲低、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、對距離不敏感等優(yōu)點，傳輸速率可達(dá)10GB。光纖通道憑借其優(yōu)異性能被大量應(yīng)用于航空航天高速電子設(shè)備互連當(dāng)中，如F-18E/F、AH-64Apache、B-1B、V22 等，在未來軍用領(lǐng)域有很大的前景［3～6］。光纖通道協(xié)議主要分為5 層模型結(jié)構(gòu)，各層結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中FC-0 接口與媒體層，用來定義物理鏈路及特性；FC-1 傳輸協(xié)議層，定義了編碼/解碼方案、字節(jié)同步和有序集；FC-2 鏈路控制層，定義了傳送成塊數(shù)據(jù)的規(guī)則和機(jī)制；FC-3 通用服務(wù)層；FC-4 協(xié)議映射層，定義高層協(xié)議映射到低層協(xié)議的方法［7］。

圖1 光纖通道協(xié)議

FC-AE-1553 協(xié)議（Fiber Channel-Avionics Environ-ment-Upper Layer Protocol MIL-STD-1553B Notice 2）是一種命令/響應(yīng)式總線，是基于FC-AE底層協(xié)議在FC 上層映射MIL-STD-1553B 協(xié)議［8］，使得FC-AE-1553 兼顧對傳統(tǒng)MIL-STD-1553B 網(wǎng)絡(luò)的保留與繼承，便于原有型號應(yīng)用移植的平滑過渡。FC-AE-1553 協(xié)議在終端數(shù)量、帶寬、子地址等功能上有了極大的擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)互連能力較傳統(tǒng)MIL-STD-1553B 有了質(zhì)的飛躍。GLink 總線在FC協(xié)議的基礎(chǔ)上對FC-AE-1553 各層協(xié)議進(jìn)行了分析與裁剪，并根據(jù)新一代箭載總線的實際應(yīng)用需求進(jìn)行了設(shè)計。

2.2 GLink底層協(xié)議研究

GLink 總線在FC-0 層采用并串/串并轉(zhuǎn)換（SERDES）實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，利用CDR 技術(shù)從數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時鐘和數(shù)據(jù)。傳輸介質(zhì)可包含電傳輸和光傳輸兩類，如雙絞線、同軸線纜、單?；蚨嗄９饫w，支持板上、板間、機(jī)間和機(jī)外傳輸。根據(jù)FC-0協(xié)議規(guī)定，光纜支持最高到10km 的點到點連接長度，適應(yīng)目前箭載控制系統(tǒng)所有介質(zhì)的不同距離不同用法。

在FC1層，GLink總線根據(jù)FC協(xié)議定義采用了8B/10B 編解碼方式，每8bit 字節(jié)采用10bit 編碼。這樣的編碼方案保證了有足夠的信號傳輸數(shù)量，以支持線性同步，并能傳送特殊的控制字符［9］。在FC-2 層，F(xiàn)C 協(xié)議完成了幀格式的定義、交換的管理、流量控制機(jī)制、CRC 校驗等。流量控制方面Glink 總線采用的是FC 協(xié)議中定義的緩沖到緩沖（buffer-to-buffer）的流量控制方式，根據(jù)接收方緩沖的容量來確定發(fā)送控制的信用值（credit），表示當(dāng)前已發(fā)送但還未被確認(rèn)的幀的數(shù)目，并根據(jù)實時發(fā)送幀和接收到R_RDY 原語信號來對信用值進(jìn)行加減。通過比較信用值與接受緩存設(shè)定的值的大小關(guān)系，可判斷出目前鏈路的擁堵狀態(tài)進(jìn)而實現(xiàn)發(fā)送接受仲裁。同時，GLink 總線采用CRC 校驗原理對收發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，可實現(xiàn)大容量、高速度、高可靠性和高效的信息傳輸，可以有效地提高系統(tǒng)的檢錯能力［10］。

2.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究

FC-AE 協(xié)議中定義的主要基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為環(huán)狀拓?fù)浜徒粨Q拓?fù)?，為滿足航天控制系統(tǒng)的可靠性需求，基本拓?fù)渲饕噪p向環(huán)和雙冗余交換機(jī)的拓?fù)湫褪阶鳛榈湫蛻?yīng)用。典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹如下。

1）雙向環(huán)設(shè)計

雙向環(huán)拓?fù)淙鐖D2 所示，通過采用正、逆向雙環(huán)結(jié)構(gòu)增加仲裁環(huán)的余度和可靠性。雙向環(huán)中環(huán)節(jié)點任意兩個設(shè)備間可通過順時針或逆時針方向進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，容忍在順時針或逆時針方向存在一路鏈路故障而不影響通信正常完成。

圖2 雙向環(huán)拓?fù)?/p>

2）雙冗余交換拓?fù)?/p>

雙冗余交換拓?fù)洌▓D3）是在典型交換拓?fù)涞幕A(chǔ)上根據(jù)航天實際應(yīng)用需求設(shè)計的應(yīng)用拓?fù)浼軜?gòu)。通過使用雙冗余交換機(jī)，可實現(xiàn)航天設(shè)備通道間的物理隔離和冗余備份，從而實現(xiàn)航天設(shè)備通信數(shù)據(jù)的雙冗余傳輸，極大地提高了系統(tǒng)可靠性。

圖3 雙冗余交換拓?fù)?/p>

3）混合拓?fù)?/p>

為滿足箭上系統(tǒng)設(shè)備間多樣的數(shù)據(jù)類型和復(fù)雜的連接需求，GLink總線在滿足以上基本的交換網(wǎng)絡(luò)和環(huán)網(wǎng)絡(luò)外，還支持多種形式的混合拓?fù)?，可根?jù)不同箭載系統(tǒng)的實際需求和控制系統(tǒng)的特點進(jìn)行混合和使用。如圖4 所示，雙向環(huán)可基于橋接節(jié)點實現(xiàn)多個環(huán)的混合拓?fù)?。在該拓?fù)浼軜?gòu)中，通過橋節(jié)點實現(xiàn)多個雙向環(huán)網(wǎng)絡(luò)之間的級聯(lián)。

圖4 混合雙向環(huán)拓?fù)?/p>

圖5 為一種典型的雙向環(huán)/交換混合的應(yīng)用拓?fù)?。在該拓?fù)浼軜?gòu)中，橋節(jié)點通過連接在雙冗余交換機(jī)上實現(xiàn)了交換網(wǎng)絡(luò)與雙向環(huán)網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)，基于此拓?fù)?，連接在交換網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以和連接在環(huán)網(wǎng)絡(luò)中的任一設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)了混合拓?fù)涞耐ㄐ拧?/p>

圖5 混合拓?fù)?/p>

3 Glink總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

FC-AE-1553 協(xié)議中定義NC 為網(wǎng)絡(luò)控制器，即交換發(fā)起者；NT 為網(wǎng)絡(luò)終端，即交換響應(yīng)者。Glink 總線采用FC-AE-1553 提供的十種傳輸格式中的NC-to-NT 和NT-to-NC 以及模式碼傳輸格式進(jìn)行信息傳輸，采用與傳統(tǒng)MIL-STD-1553B 相同的“命令+響應(yīng)”的消息結(jié)構(gòu)實現(xiàn)通信。GLink 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸由網(wǎng)絡(luò)控制器NC主動發(fā)起，網(wǎng)絡(luò)終端NT接收到NC 發(fā)出的有效命令幀后，向NC 發(fā)出響應(yīng)；NC確認(rèn)響應(yīng)正確后，結(jié)束當(dāng)前傳輸。GLink 總線基于FC-AE-1553 協(xié)議設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點模塊如下圖6所示。

圖6 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模塊結(jié)構(gòu)組成

GLink 總線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點模塊以基于FPGA 開發(fā)的IP核模式實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)控制器NC、網(wǎng)絡(luò)終端NT和監(jiān)聽NM 三大塊功能，可在Xinlinx K7、V7、Z7 系列等帶有GTX/GTH 資源的FPGA 中進(jìn)行移植使用。采用與BU61580相似的存儲器管理架構(gòu)，可在保留軟件架構(gòu)的前提下，實現(xiàn)從傳統(tǒng)MIL-STD-1553B 通信平滑過渡到光纖通信。為滿足實際應(yīng)用中總線上控制流和大數(shù)據(jù)流兩類典型傳輸業(yè)務(wù)的需要，設(shè)計出了控制流NC（CtrlNC）和智能NC（SmartNC）兩類NC和控制流NT（CtrlNT）和智能NT（SmartNT）兩類NT?？刂屏鱊C、NT 的主要特征在于提供CPU訪問接口和存儲緩沖管理機(jī)制，適用于有處理器參與數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)傳輸量較小的應(yīng)用場合；智能NC、NT 的主要特征在于對外提供FIFO訪問接口和單次大數(shù)量傳輸，除滿足控制流傳輸外，還可以滿足圖像或視頻類數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)需求，適用于由FPGA 器件直接處理傳輸數(shù)據(jù)的無CPU或減少CPU處理負(fù)荷的場合應(yīng)用場合。

FC-AE-1553與傳統(tǒng)1553B總線的一個重要區(qū)別在于，在FC-AE-1553 網(wǎng)絡(luò)中可允許同時存在一個或者多個網(wǎng)絡(luò)控制器，為多數(shù)據(jù)源并發(fā)提供了基礎(chǔ)。GLink 總線在此基礎(chǔ)上，對每一個節(jié)點均基于協(xié)議實現(xiàn)了控制流NC、NT和智能NC、NT的集合功能，可根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸需要可以配置為單功能站點或NC/NT 混合功能站點。基于此，GLink 總線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各NC 終端均可以自主發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，也支持多個處于NC模式下的網(wǎng)絡(luò)終端同時對一個處于NT模式下的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)起訪問。NT網(wǎng)絡(luò)終端按照時間順序依次對各NC進(jìn)行響應(yīng)，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)效率。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)研究

1）通道雙冗余發(fā)送和去冗余接收

傳統(tǒng)1553B 總線傳輸消息僅可在單通道上發(fā)起傳輸，且傳輸速率較慢，若當(dāng)前使用的通道存在瞬態(tài)故障時，發(fā)送端需等待較長的超時時間后才能啟動重傳操作，對數(shù)據(jù)的實時性產(chǎn)生了較大影響。為有效避免單通道瞬態(tài)/永久故障帶來的重傳需求，設(shè)計在發(fā)送數(shù)據(jù)時同時在A、B兩個通道上發(fā)出有效負(fù)荷完全相同的數(shù)據(jù)；對于接收數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)終端，負(fù)責(zé)接收A、B兩個通道上相同拷貝的數(shù)據(jù)，并在接收站點上自動實施去數(shù)據(jù)冗余操作，避免了因單通道傳輸可能產(chǎn)生的故障影響傳輸效率和可靠性。

2）重傳管理

由于環(huán)境或鏈路等產(chǎn)生的故障從而導(dǎo)致的傳輸失敗需要總線進(jìn)行識別并組織數(shù)據(jù)重傳，但傳統(tǒng)總線不區(qū)分重傳與新數(shù)據(jù)的操作會使得網(wǎng)絡(luò)終端可能對相同數(shù)據(jù)響應(yīng)多次從而影響數(shù)據(jù)順序接受。為使重傳的數(shù)據(jù)與新發(fā)起的傳輸區(qū)別開來，總線通過記錄上一條接收命令的時間標(biāo)記對比從而識別出重傳消息或新消息，進(jìn)而實現(xiàn)對一條消息只響應(yīng)一次的目的，保障網(wǎng)絡(luò)終端接受數(shù)據(jù)的完整性。

3）傳輸業(yè)務(wù)按優(yōu)先級分類管理

同時間段內(nèi)控制系統(tǒng)總線上可能存在多種數(shù)據(jù)類型，其傳輸特性的需求也不盡相同：比如控制指令要求低傳輸延遲特性的傳輸業(yè)務(wù)，遙測數(shù)據(jù)則數(shù)據(jù)量相對較大，對傳輸延時要求不高。為適應(yīng)系統(tǒng)對于不同數(shù)據(jù)流需求的輕重緩急性質(zhì)不同，對于發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計出了傳輸?shù)牟煌瑑?yōu)先級配置，總線內(nèi)通過FC-2層的流量控制對實時帶寬進(jìn)行分析監(jiān)控，從而分配不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的帶寬傳輸。

4 GLink總線的系統(tǒng)應(yīng)用及驗證

4.1 GLink總線的系統(tǒng)應(yīng)用

火箭的電氣系統(tǒng)與控制總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)息息相關(guān)，各個設(shè)備間的信息交互關(guān)系都可由總線拓?fù)浼軜?gòu)體現(xiàn)。環(huán)型拓?fù)湎鄬崿F(xiàn)成本低廉，且雙環(huán)的冗余設(shè)計保障了因單一鏈路故障導(dǎo)致的整個環(huán)路傳輸失敗，提高了可靠性。但由于環(huán)上所有節(jié)點均數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)共享帶寬，設(shè)備越多，環(huán)拓?fù)溲舆t越大，因此實時性效果較差，不適宜傳輸數(shù)據(jù)量較大的信息。因此在實際使用中，環(huán)型拓?fù)溥m合多個對帶寬和時延要求不高的需要相互交互的設(shè)備連接使用。

交換型拓?fù)淇赏瑫r支持多個設(shè)備通信并且不共享帶寬，因此能提供更多的冗余帶寬，為實時消息傳輸提供了更好的保證。交換型拓?fù)溥€具有熱插拔特性，可在保證其他設(shè)備通信的條件下進(jìn)行設(shè)備的增加和刪除，保證級間分離后處于工作狀態(tài)的電氣系統(tǒng)設(shè)備間能夠繼續(xù)可靠通信，這保證了交換網(wǎng)絡(luò)有比環(huán)型拓?fù)涓叩目煽啃院痛_定性。因此適合火箭級間分離設(shè)備和對帶寬要求較高的設(shè)備使用。交換網(wǎng)絡(luò)物理鏈路與信息流向一致，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，但仍具有占用資源較大，長通信線纜多等問題。

近年來，隨著任務(wù)復(fù)雜程度的提高，環(huán)境要求變得更為苛刻，所需處理的數(shù)據(jù)復(fù)雜程度和數(shù)據(jù)負(fù)荷量都有了質(zhì)的飛躍，對傳輸?shù)目煽啃院蛶捰辛烁叩囊??；谝陨细黝愅負(fù)涞奶攸c，根據(jù)實際環(huán)境利用GLink 混合拓?fù)淠軌蚝芎玫刂位鸺龔?fù)雜集成度高、小型化等問題，實現(xiàn)全系統(tǒng)各層級總線一體化應(yīng)用互聯(lián)。典型的箭上拓?fù)浼軜?gòu)使用如圖7所示。

圖7 典型箭上拓?fù)浼軜?gòu)

箭上所有設(shè)備全部基于GLink 總線進(jìn)行通信。根據(jù)火箭的分級結(jié)構(gòu)及每級的特性，總線采用了交換+環(huán)的混合拓?fù)溥M(jìn)行布局：根據(jù)火箭的分級結(jié)構(gòu)，每級采用交換機(jī)作為級間連接，保證級間分離后處于工作狀態(tài)的電氣系統(tǒng)設(shè)備間能夠繼續(xù)可靠通信?？紤]到箭上控制系統(tǒng)通常以箭載計算機(jī)為中心進(jìn)行各個系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)交互和傳送，可將箭載計算機(jī)作為總線控制器端（NC）并采取冗余措施提高可靠性［11］。箭上其他非關(guān)鍵傳感器類設(shè)備可采用單節(jié)點方式接入。系統(tǒng)總線每級的交換機(jī)采用雙冗余機(jī)制，保障通信的冗余性和可靠性。交換拓?fù)淇勺疃嘀С?096 個設(shè)備；采用交換機(jī)可以拓展每級可連接的設(shè)備，可以滿足目前日益增長的設(shè)備數(shù)量和日益增高的通訊數(shù)據(jù)傳輸率。交換機(jī)還具有全網(wǎng)無遺漏監(jiān)聽功能，通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一級交換的本地監(jiān)聽端口，可實現(xiàn)對各級交換機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)通信的無遺漏監(jiān)聽。

箭上設(shè)備可分為機(jī)內(nèi)和機(jī)外設(shè)備。由于機(jī)外更容易處于不穩(wěn)定或惡劣的環(huán)境，可能對鏈路產(chǎn)生影響，因此為增強(qiáng)可靠性，對于機(jī)外設(shè)備優(yōu)先考慮連接在本級的雙冗余交換機(jī)上，保證通信的可靠性。對于機(jī)內(nèi)設(shè)備，由于機(jī)內(nèi)設(shè)備間多用鏈路連接多走插板或背板式，鏈路質(zhì)量相對保障性高，因此對于需要互相通信的場合可以采用更加節(jié)約資源的環(huán)狀拓?fù)?，通過將環(huán)狀拓?fù)溥B接到交換機(jī)上可使機(jī)內(nèi)機(jī)外設(shè)備互相通信，主機(jī)板可迅速掌握各設(shè)備的狀態(tài)并根據(jù)情況進(jìn)行處理。

對于地面測發(fā)控控制，GLink 總線提供最長距離可達(dá)10km 的光纖通訊通道，使得自動化程度高的遠(yuǎn)距離測試發(fā)控模式成為可能。為保證電氣系統(tǒng)測試時箭地指令發(fā)送與數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，特別是某些應(yīng)急操作的可靠性，地面設(shè)備通常采用雙機(jī)熱備冗余方式連接至冗余網(wǎng)絡(luò)［12］，此時可同時采用雙冗余交換拓?fù)浔Ｕ蠑?shù)據(jù)通訊。此外，地面測試設(shè)備可通過GLink 總線在地面通過監(jiān)聽獲取箭上交換機(jī)全網(wǎng)設(shè)備間的通訊數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析測試，從而實時掌控各設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況和運行階段?；贕Link總線，火箭控制系統(tǒng)可實現(xiàn)從箭上到地面、從機(jī)內(nèi)到機(jī)外外真正的箭地通信一體化。

4.2 系統(tǒng)搭建及驗證

為測試GLink 總線技術(shù)功能是否正常，以及設(shè)計的拓?fù)錂C(jī)構(gòu)是否能滿足火箭控制系統(tǒng)實際使用，設(shè)計了GLink 總線混合拓?fù)潋炞C系統(tǒng)。系統(tǒng)包含總線控制器、交換機(jī)、橋三類設(shè)備，均為基于FPGA的成熟的IP 核實現(xiàn)的設(shè)備，CPU 通過EMIF 接口對設(shè)備進(jìn)行配置和狀態(tài)查詢。

設(shè)備板卡構(gòu)成框圖如圖8 所示，IP 核移植在Xilinx K7 410t 系列FPGA 端，可實現(xiàn)總線控制器、交換機(jī)、橋三類設(shè)備的核心功能。板卡采用DSP6713 通過EMIF 接口對設(shè)備的寄存器和存儲器進(jìn)行功能配置和數(shù)據(jù)讀寫。板卡提供16個GTX 高速口和光口，IP 核傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過FPGA 提供的GTX端口與光電模塊進(jìn)行連接，并采用光纜進(jìn)行設(shè)備間的連接和傳輸。

圖8 光纖總線設(shè)備板卡構(gòu)成圖

圖9即為GLink總線混合拓?fù)潋炞C系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含了兩級交換機(jī)級聯(lián)，每級交換機(jī)采用雙交換機(jī)冗余的模式模擬箭在總線的硬件架構(gòu)，并在第二級交換機(jī)上設(shè)置監(jiān)聽設(shè)備進(jìn)行全網(wǎng)監(jiān)聽。同時，通過交換機(jī)+橋的混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，模擬機(jī)內(nèi)機(jī)外設(shè)備連接模式。在此高度集成的混合拓?fù)浼軜?gòu)下，可驗證實現(xiàn)節(jié)點通過交換機(jī)級聯(lián)的傳輸、NM 對全網(wǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)聽、混合拓?fù)浣K結(jié)點之間的通信等多個功能。

圖9 混合拓?fù)潋炞C系統(tǒng)

通過搭建混合拓?fù)潋炞C系統(tǒng)，考核了混合拓?fù)湎驴偩€通信各項功能和性能參數(shù)，如系統(tǒng)的傳輸帶寬、控制類數(shù)據(jù)傳輸發(fā)起策略、響應(yīng)時間、中斷機(jī)制、多種存儲器管理模式，大數(shù)據(jù)類數(shù)據(jù)傳輸帶寬，長時間通信誤碼率統(tǒng)計。同時，實驗還通過在通信中進(jìn)行通道瞬態(tài)故障和永久故障的模擬與注入，確認(rèn)故障自動檢測和傳輸自動重傳機(jī)制的有效性與可靠性，進(jìn)而確認(rèn)總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蒎e性與安全性。

實驗表明，總線傳輸帶寬范圍為0.6Gbps～6.25Gbps，比傳統(tǒng)總線提升了3 個數(shù)量級。三種節(jié)點類型IP 核功能可滿足功能需求，并且混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下可實現(xiàn)大帶寬的通訊速率和較好的故障容錯率，數(shù)據(jù)通信鏈路雙冗余的設(shè)計可實現(xiàn)高可靠、低誤碼率的實時數(shù)據(jù)傳輸，傳輸誤碼率優(yōu)于10-12，相較以往降低了5 個數(shù)量級。傳輸時間確定可控，同時具有異常檢測、隔離和自動重傳功能，相較MIL-STD-1553B 在各個方面的性能都有極大的提升。GLink 總線與1553B 總線的性能比較如表1 所示。

表1 GLink總線與1553B總線的性能比較

5 結(jié)語

GLink 總線是基于FC-AE-1553 研制的新一代箭載高速光纖總線，具有高帶寬、強(qiáng)實時、低誤碼率等特點，在可靠性、帶寬、傳輸效率等性能方面相較傳統(tǒng)總線產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。運用GLink 總線支持的多種拓?fù)浼軜?gòu)，運載火箭可實現(xiàn)系統(tǒng)間、設(shè)備間、板卡間設(shè)備的所有通信，并具有極強(qiáng)的可拓展性，可實現(xiàn)箭地通信一體化。通過實驗，驗證了GLink總線的優(yōu)異性能及各項拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有效性，滿足了火箭對安全性、可靠性、數(shù)據(jù)吞吐率等各方面要求，可為今后的各類火箭提供更高性能的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。