FPGA单芯片实现SpaceWire节点接口设计与校验

"本文介绍了基于FPGA的SpaceWire节点接口设计，实现了从物理层到数据包层的协议。设计中详细阐述了奇校验功能的实现和时间码模块的设计，同时考虑了多时钟域的问题。在Altera的EPIC6Q240C8芯片上进行了硬件验证，测试结果显示单向最高数据传输速率可达100Mbps。" SpaceWire是一种高速星载数据总线，主要用于复杂航天任务。在设计SpaceWire节点接口时，遵循了最新的ECSS-E-ST-50-12C规范。接口设计的核心在于实现从物理层到数据包层的通信协议，确保数据的准确性和可靠性。 在实现校验功能方面，采用了奇校验方法。校验位被放置在每个字符的最低位，接收器和发送器都会参与校验过程。接收器通过异或操作检测校验错误，如果接收完成后，存放校验结果的寄存器p的值为1，表示校验和为奇数，即校验成功；否则，表明存在错误。发送器同样使用相同的算法生成校验位，但在考虑系统因果性时，需要根据当前发送的数据类型（数据字符或控制字符）决定是否对校验位进行取反处理，以确保正确地包含数据/控制标志位。 时间码模块是SpaceWire的一个关键特性，它支持系统时间的发布，时间码以广播方式从主节点传递到非主节点。设计时需要确保在任何时候网络中只有一个主节点。时间码模块需要与主机系统的应用层协调一致。为了防止高速时钟连续采样同一高电平的TICK IN信号导致发送多余的时间码，TICK IN的检测应基于上升沿触发。同时，非主节点的TICK OUT信号应为电平而非脉冲，主机系统读取一次信号后，TICK OUT立即清零，以避免重复读取同一时间码。 设计中还应用了多时钟域的思想，这对于高速数据传输至关重要。此外，接收和发送状态机（FSM）进行了优化，DS解码算法也得到了改进，提高了数据处理效率。 在实际验证阶段，使用了基于EPlC6Q240C8 FPGA的CPCI板卡、软件工具Quartus II、SignalTap和NI.VISA的PC机，以及SpaceWire链路和示波器进行测试。通过两个节点之间的交叉连接模拟了网络通信，测试结果显示，设计的SpaceWire节点接口单向数据传输速率可达到100Mbps，证明了设计的有效性和可靠性。 本文提供了一个完整的基于FPGA的SpaceWire节点接口设计方案，不仅详细讨论了校验和时间码的实现，还展示了如何在多时钟域环境下保证高效的数据通信。