Способ подключения удалённого устройства к шине amba по интерфейсу SpaceWire Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

Решетневскуе чтения. 2014

УДК 681.3:629.7

СПОСОБ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УДАЛЁННОГО УСТРОЙСТВА К ШИНЕ АМВА ПО ИНТЕРФЕЙСУ SPACEWIRE

А. В. Шахматов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-шаП: sanecsan@rambler.ru

Рассмотрен способ подключения удалённых устройств к шине AMBA по интерфейсу SpaceWire. Предложена архитектура устройства «SPWtoAHB Bridge». Оценены преимущества построения распределённой в пространстве системы с использованием виртуального адресного пространства на шине AMBA.

Ключевые слова:система на кристалле, ПЛИС, сеть SpaceWire, шина AMBA.

THE METHOD OF CONNECTING A REMOTE DEVICE TO THE AMBA BUS VIA SPACEWIRE INTERFACE

A. V. Shakhmatov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: sanecsan@rambler.ru

The method of connecting remote devices to the AMBA bus through the SpaceWire interface is presented. The architecture of the device "SPWtoAHB Bridge" is demonstrated. The advantages of constructing a distributed space system using a virtual address space on the bus AMBA is presented.

Keywords: System on Chip, FPGA, SpaceWire, AMBA BUS.

В настоящее время в России широкое развитие получает концепция проектирования устройств типа «система на кристалле» (СнК). Преимущества данного подхода применимы при проектировании бортовых комплексов управления (БКУ) для малых космических аппаратов (МКА) [1]. Для организации взаимодействия БКУ с бортовой аппаратурой (БА) МКА предлагается применять технологию на основе SpaceWire сети. Это наиболее активно развиваемый на сегодня сетевой интерфейс для использования в условиях космического пространства, позволяющий применять новую концепцию сетевого резервирования архитектуры МКА [2].

При анализе возможных вариантов взаимодействия БК с БА по сети SpaceWire был предложен следующий вариант: осуществлять взаимодействие с внешним устройством как с внутрикристальным, виртуально присоединенным к его внутренней шине (например, шине AMBA), но при этом реально связанным с ним через внешнее SpaceWire-соединение типа «точка-точка».

Вычислительный модуль (ВМ), представленный ниже (см рисунок выше), был реализован как СнК на базе процессора LEON3 [3]. Все блоки, входящие в его состав, взаимодействуют друг с другом с помощью шины AMBA. Более быстрые из них (контроллер памяти, LEON3, SpaceWire интерфейс, AHB/SPW мост) подключены к шине AMBA AHB. Такие блоки, как UART, таймеры и контроллер прерываний, подключены к более медленной шине AMBA APB. AHB и APB шины взаимодействуют друг с другом через AHB/APB мост.

Бортовая аппаратура реализована в виде СнК на базе шины AMBA. Функционал IP-ядра БА зависит от реализации и потребностей заказчика. Это может быть бортовой КИС либо блок расширения SpaceWire в интерфейсы CAN, SPI, I2C и др.

Блок AHB/SPW мост ВМ связан с блоком SPW/AHB БА внешней SpaceWire-линией. Таким образом, реализуется сопряжение внутрикристальной шины ВМ с шиной БА. Большие скорости передачи информации по сети SPW (до 400 мбит/с в дуплексном режиме) обеспечивают эффективное взаимодействие внутрикристальных шин по внешним каналам связи.

Данный вариант взаимодействия обладает следующими преимуществами:

- единое адресное пространство в системе;

- единый подход к проектированию ПО и драйверов для БА;

- отсутствие необходимости знать особенности функционирования SpaceWire сети для взаимодействия с удалённым устройством;

- упрощенная интеграция готовых IP-ядер на шине AMBA в единой распределённой системе;

- прозрачность работы удалённых устройств для контроллера шины AMBA;

- поддержка технологии Plug and Play;

- сохранение преимуществ сети SpaceWire при организации взаимодействия БА (надёжность, отказоустойчивость, высокая скорость передачи информации, низкое энергопотребление).

Космическое электронное приборостроение

Пример взаимодействия вычислительного модуля БК с БА по сети SpaceWire

Таким образом, в представленной работе был рассмотрен способ подключения удалённых устройств к шине AMBA по интерфейсу SpaceWire. В настоящее время ведутся работы по реализации AHB/SPW и SPW/AHB мостов.

Библиографические ссылки

1. Ханов В. Х., Чекмарев С. А., Шахматов А. В. Разработка процессорного модуля бортовой системы управления космическими аппаратами // Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности : материалы XII Всерос. науч.-практ. конф. Томск : В-Спектр, 2010. С. 234-240.

2. Никитин Д. А., Ханов В. Х., Вергазов М. Ю., Чекмарев С. А. Сетевая архитектура бортового комплекса управления // Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения (УКИ-12) : труды рос. конф. М. : ИПУ РАН, 2012. С.1539-1546.

3. SPARC V8 32-bit Processor LEON3 / LEON3-FT Companion Core Data Sheet Template Design - Gaisler Research, 2010. 41 c.

References

1. Khanov V. Kh., Chekmaryov S. A., Shakhmatov A. V. The development of the processor module on-Board system control of spacecraft // Problems of information security of the state, society and personality : proceedings of the XII national. nauch.-practical use. proc. Tomsk : V-Spektr, 2010. С. 234-240.

2. Nikitin D. A., Khanov V. Kh., Vergasov M. Y., Chekmaryov S. A. Network architecture on-Board control system // Hardware and software control systems, control and measurement (UKI-12) : th. ros. conf. M. : IOS RAS, 2012. С. 1539-1546.

3. SPARC V8 32-bit Processor LEON3 / LEON3-FT Companion Core Data Sheet Template Design - Gaisler Research, 2010. 41 c.

© Шахматов А. В., 2014