一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統及緩存方法
2023-10-28 16:25:07
專利名稱：一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統及緩存方法
技術領域：
本發明屬於航天電子技術領域，涉及一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統及緩存方法。
背景技術：
太空飛行器遙控遙測數據幀有著特定協議及相應數據格式要求，當幀格式被打亂或破壞時，會導致按照該協議設計的軟/硬體在判讀數據時出錯，產生嚴重的故障。而太空飛行器內部各分系統、設備、晶片間需要進行數量種類繁多的數據通信，且均以接口協議規定數據格式幀的形式進行傳輸。目前，傳統的太空飛行器遙控遙測數據幀緩存通常採用FIFO或者桌球緩存的方法。首先，採用FIFO進行緩存的方法具有較大的數據幀結構破壞隱患，其故障現象表現在I)讀寫有誤導致幀結構失同步當寫信號或讀信號由於晶片溫度過熱、空間電磁輻照幹擾等事件導致讀/寫信號比協議規定的幀格式增加或減少若干數據時，就會發生幀格式失同步，表現為之後按照約定幀格式協議從FIFO讀取的每幀數據內的幀格式都會有偏移錯誤，並且在重新復位FIFO前不可恢復。2)不同設備間加電時刻不同，當接收設備上電時刻為發射端發射一幀數據中間時，會導致局部不完整的數據幀寫入FIFO，按照幀協議進行FIFO讀取時，就會導致後續幀的幀格式移位錯誤；雖然這種故障可以採用接收端檢測第一個完整幀的方法避免，但也增加了設計複雜度。3)發送端設備發生故障斷電-重加電時，斷電導致結尾幀數據不完整，也同樣會導致後續幀的幀格式移位錯誤；而接收端檢測發送端是否中斷過工作比較困難。基於以上原因，在追求高可靠性的太空飛行器電子系統設計中，應儘量避免使用傳統FIFO進行幀結構數據的緩衝。採用桌球緩存的方法進行數據幀交互，可以避免上述FIFO可能引入的故障影響擴散，但桌球緩存的方法一般支持兩個數據幀的緩衝深度，且設計師使用起來不及FIFO方便。另外，在具體應用中進行數據幀的挑幀、跳幀、丟幀等操作時，基於以上兩種結構的傳統方法需要配以複雜的控制電路，增加了設計的複雜度、某種程度上降低了設計可讀性及可靠度，後期的設計維護成本也較高。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統及緩存方法，利用二級地址映射及幀結構隊列的思想設計幀結構隊列存儲器，解決在太空飛行器幀結構數據緩存控制複雜度高、可靠性低的難題。本發明的技術解決方案是一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，包括雙口存儲器、幀寫入地址換算單元、幀讀出地址換算單元、幀地址管理單元、寫幀檢測單元、
4讀中貞檢測單元；寫幀檢測單元定義寫入數據幀檢測判據，根據該判據及寫入數據幀內地址w_Addr_M輸出檢測信號即高電平或低電平的幀寫入使能信號至幀地址管理單元；讀幀檢測單元定義讀出數據幀檢測判據，根據該判據及讀出數據幀內地址R_△(!(!!■_1輸出檢測信號即高電平或低電平的幀讀出使能信號至幀地址管理單元；幀地址管理單元接收讀幀檢測單元和寫幀檢測單元的檢測信號，根據接收的檢測信號確定當前寫入數據的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數據的幀地址R_Addr_L ；幀寫入地址換算單元根據寫入數據幀內地址W_Addr_M以及當前寫入數據的幀級地址W_Addr_L產生雙口存儲器的寫入物理地址W_ddr_RAM ；幀讀出地址換算單元根據讀出數據幀內地址R_Addr_M以及當前讀出數據的幀級地址R_Addr_L產生雙口存儲器的讀出物理地址R_Addr_RAM ；雙口存儲器，具有一個讀埠和一個寫埠，存儲器深度為MXL，位寬為n bit ；根據雙口存儲器的寫入物理地址W_Addr_RAM和讀出物理地址R_Addr_RAM向雙口存儲器中寫入幀數據、讀出幀數據以完成太空飛行器幀格式數據隊列緩存；其中M為每幀數據長度，L為幀隊列容量，數據位寬為nbit ；上述幀級地址範圍O L-I ;幀內地址範圍O M-I。所述的幀地址管理單元確定當前寫入數據的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數據的幀地址R_Addr_L的規則為當幀寫入使能信號有效且不滿時，幀寫入地址W_Addr_L增加1，計數到L_1後再增加溢出為O,循環計數；當幀讀出使能信號有效且不空時，幀讀出地址R_Addr_U曾加1，計數到L_1後再增加溢出為O,循環計數。所述的W_Addr_RAM = W_Addr_LXM+W_Addr_M。所述的R_Addr_RAM = R_Addr_LXM+R_Addr_M。所述的寫入數據幀檢測判據為在外部輸入的寫使能信號有效前提下，當寫入數據幀內地址W_Addr_MSM-l時，判為完成一幀的寫入，否則，幀級寫地址加I。讀出數據幀檢測判據為在外部輸入的讀使能信號有效前提下，當讀出數據幀內地址R_Addr_M為M-I時，判為完成一幀的讀出，否則幀級讀地址加I。本發明方法的技術方案是一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存方法，其特徵在於步驟如下(I)選取雙口存儲器作為物理數據存儲器，該RAM具備兩個埠，一個為讀接口，另一個為與接口 ；(2)確定雙口存儲器的參數，假設M為每幀數據長度，L為幀隊列容量，數據寬度為n bit，那麼該雙口 RAM的深度應該為MX L，寬度為n bit ；(3)對數據地址進行分級，一共為兩級，第一級為幀級地址Addr_L，地址範圍為O到L-1，用於尋址雙口存儲器裡面中的幀結構；第二級為幀內數據地址Addr_M，地址範圍為O到M-I ;對應雙口存儲器物理地址Addr_RAM，地址範圍為O到1父1^-1，用於尋址4(1(11'_1^對應幀結構中的數據；(4)設計讀/寫數據幀檢測判據，根據當前讀/寫數據幀內數據地址確定讀/寫使能信號是否有效；進而確定當前寫入數據的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數據的幀地址R_Addr_L ；(5)將幀內數據地址進行二級地址映射，轉換為雙口存儲器的讀/寫物理地址R_Addr_RAM 和 W_Addr_RAM ；(6)統計幀格式數據隊列緩存中仍存儲的數據幀的數量，產生幀格式數據隊列緩存的空/滿狀態標誌；(7)判斷是否產生空/滿狀態標誌，當幀格式數據隊列緩存處於滿狀態時，外部使用者不再向幀格式數據隊列緩存寫入數據，否則會導致數據丟失；當幀格式數據隊列緩存處於空狀態時，外部使用者不再從幀格式數據隊列緩存讀出數據；否則根據步驟(5)中的雙口存儲器的寫入物理地址W_Addr_RAM和讀出物理地址R_Addr_RAM向雙口存儲器中寫入幀數據、讀出幀數據以完成太空飛行器幀格式數據隊列緩存。所述的二級地址映射規則為R_Addr_RAM = R_Addr_L X M+R_Addr_M ；ff_Addr_RAM = W_Addr_LXM+W_Addr_M。本發明與現有技術相比的優點在於(I)本發明根據二級地址映射及幀結構隊列的思想設計了幀結構隊列存儲器，基於雙口 RAM存儲器，利用幀級地址管理、幀隊列思想及二級地址映射方式實現了以幀結構數據為整體的先進先出緩存系統。本發明原理簡單、邏輯資源開銷小、易用性強，能夠消除在使用傳統FIFO時諸多因素導致的漏數據、多數據、殘缺幀故障下，幀格式移位破壞的故障擴散。而緩存深度靈活性、易用性等都遠高於傳統桌球緩存的方式。可實現多種幀結構數據的跨晶片/跨設備傳輸，為太空飛行器電子系統設計提供了一種簡單易用、高可靠、功能靈活的緩存系統，為衛星電子系統模塊化設計起到重要作用。(2)本發明幀地址管理單元固有設計特性上還能夠提供以下處理機制數據幀跳過機制，讀數據幀時如果上次使用模塊需要跳過當前一幀數據，直接讀取M-I地址一次，使得幀讀出地址R_Addr_L增加1，讀取端指向下一幀數據，實現一幀數據的跳過。數據幀複寫機制，當寫一幀數據未完成(還未寫到M-I個數據)，由於檢錯等原因要丟棄這一幀時，可不寫該幀數據剩餘部分(包含第M-I個數據)，此時由於未檢測到幀寫入標誌(寫入數據幀內地址W_Addr_M為M-I時，且寫使能信號有效)，W_Addr_L未增加1，寫入幀地址還停留在當前幀的存儲空間，此時直接開始下一幀數據的寫入，即可自動覆蓋這一幀的錯誤數據。寫入幀中斷、缺失、超數自動隔離機制當故障導致數據量超過幀結構長度，故障幀完成幀尾寫入，由於本發明嚴格使用完整幀結構的幀級尋址，超出的數據不會導致下一幀的數據發生偏移。當故障幀未完成幀尾寫入，_Addr_L未增加1，寫入幀級別地址還停留在當前幀的存儲空間，此時寫入下一幀數據會覆蓋故障幀的數據，故障對於讀取端是隔離的。
圖I為本發明的設計框圖。
具體實施例方式一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統。選取雙口 RAM作為物理數據存儲器，該RAM具備兩個埠，一個為讀接口，另一個為寫接口 ；確定雙口 RAM存儲器的參數，假設M為每幀數據長度，L為幀隊列容量，數據寬度為n bit，那麼該雙口 RAM的深度應該為MXL,寬度為n bit ;對數據地址進行分級,一共為兩級,第一級為巾貞級地址Addr_L,地址範圍為O到L-1，用於尋址幀隊列存儲器裡面的幀結構；第二級為幀內數據地址Addr_M，地址範圍為O到M-I ;對應雙口 RAM存儲器物理地址Addr_RAM，地址範圍為O到MXL-I ;設計幀讀出、寫入地址換算單元，實現二級地址映射，其規則為R_Addr_RAM = R_Addr_L X M+R_Addr_M ；ff_Addr_RAM = ff_Addr_L X M+ff_Addr_M ；設計讀/寫幀檢測器，檢測一幀數據寫入/讀出操作邏輯意義上的完成；設計幀地址管理單元、管理幀隊列存儲器中的幀級讀寫地址，統計隊列中仍存在數據幀的數量，產生幀隊列的空標誌、滿標誌、幾乎空、幾乎滿標誌。本發明涉及一種太空飛行器遙測遙控數據幀結構隊列緩存系統，如圖I所示，主要包含雙口存儲器、幀寫入地址換算單元、幀讀出地址換算單元、幀地址管理單元、寫幀檢測單元、讀幀檢測單元共6個模塊，實施方法如下I)雙口存儲器(雙口 RAM)雙口存儲器為幀數據實際存儲體，具有兩個數據埠，一個為讀埠、另一個為寫埠。讀埠包括輸入讀時鐘、輸入讀地址R_Addr_RAM、輸入讀使能、輸出讀數據。寫埠包括輸入寫時鐘、輸入寫地址W_Addr_RAM、輸入寫使能、輸入寫數據。依據需要的隊列深度L、幀大小M及數據位寬η來計算該雙口存儲器的容量參數雙口存儲器深度L X M雙口存儲器位寬n bit2)寫幀檢測單元定義寫入數據幀檢測判據為當寫入數據幀內地址W_Addr_M SM-I時，且寫使能信號有效時，判為完成一幀的寫入，如果不滿，幀級寫地址加I。寫幀檢測單元根據以上檢測判據利用比較器及與門搭建檢測電路，其邏輯為當幀內寫數據地aW_Addr_M等於M-I且寫使能有效時，檢測到幀寫入操作，輸出一個高電平幀寫入使能信號，否則輸出一個無效的低電平幀寫入使能信號。3)讀幀檢測單元定義讀出數據幀檢測判據為當讀出數據幀內地址R_Addr_M為M_1時，且讀使能信號有效時，判為完成一幀的讀出，如果不空，幀級讀地址加I。讀幀檢測單元根據以上檢測判據利用比較器及與門搭建檢測電路，其邏輯為當幀內讀數據地址R_Addr_M等於M-I且讀使能有效時，檢測到幀讀出操作，輸出一個高電平幀讀出使能信號，否則輸出一個無效的低電平幀讀出使能信號。4)幀地址管理單元幀地址管理單元維持3個計數值，分別為幀寫入地址、幀讀出地址、隊列持有幀數量，這三個計數器均在復位時復位為全O。
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幀地址管理單元接收讀幀檢測單元和寫幀檢測單元的檢測信號，當幀寫入使能信號有效，且不滿時隊列持有幀數量增加I。當幀讀出使能信號有效，且不空時隊列持有幀數量減少I。當幀寫入使能信號和幀讀出使能信號同時有效時，隊列持有幀數量保持不變。隊列持有幀數量用於產生空滿信號，當隊列持有幀數量等於O時，空信號有效(高電平)，當隊列持有幀數量等於L時，滿信號有效(高電平)。隊列持有幀數量同時用於產生幾乎空、幾乎滿信號，當隊列持有幀數量小於設定的幾乎空閾值時，幾乎空信號有效(高電平)，當隊列持有幀數量大於幾設定的乎滿閾值時，幾乎滿信號有效(高電平)。其中設定的幾乎空閾值與幾乎滿閾值可以根據用戶需要設置。幀寫入地址W_Addr_L記錄當前寫入數據應該寫到哪個幀地址，它的產生規則為當幀寫入使能信號有效且不滿時，幀寫入地址W_Addr_L增加1，計數到L-I後再增加溢出為O，循環計數。幀讀出地址R_Addr_L記錄當前讀出數據應該讀取哪個幀地址，它的產生規則為當幀讀出使能信號有效且不空時，幀讀出地址R_Addr_L增加1，計數到L-I後再增加溢出為O，循環計數。以上機制可保證巾貞讀地址R_Addr_L永遠不會超越巾貞寫地址W_Addr_L。為了更好的適應數據緩存過程中出現的眾多情況，幀地址管理單元憑藉其固有設計特性可以實現下列幾種處理機制數據幀跳過機制，讀數據幀時如果上次使用模塊需要跳過當前一幀數據，直接讀取M-I地址一次，使得幀讀出地址R_Addr_L增加1，讀取端指向下一幀數據，實現一幀數據的跳過。數據幀複寫機制，當寫一幀數據未完成(還未寫到M-I個數據)，由於檢錯等原因要丟棄這一幀時，可不寫該幀數據剩餘部分(包含第M-I個數據)，此時由於未檢測到幀寫入標誌(寫入數據幀內地址W_Addr_M為M-I時，且寫使能信號有效)，W_Addr_L未增加1，寫入幀地址還停留在當前幀的存儲空間，此時直接開始下一幀數據的寫入，即可自動覆蓋這一幀的錯誤數據。寫入幀中斷、缺失、超數自動隔離機制當故障導致數據量超過幀結構長度，故障幀完成幀尾寫入，由於本發明嚴格使用完整幀結構的幀級尋址，超出的數據不會導致下一幀的數據發生偏移。當故障幀未完成幀尾寫入，W_Addr_L未增加1，寫入幀級別地址還停留在當前幀的存儲空間，此時寫入下一幀數據會覆蓋故障幀的數據，故障對於讀取端是隔離的。5)幀寫入地址換算單元本發明數據地址分為兩級，第一級為幀級地址Addr_L，地址範圍為O到L_l，用於尋址幀隊列存儲器裡面的幀結構；第二級為幀內數據地址Addr_M，地址範圍為O到M-I ;對應雙口 RAM存儲器物理地址Addr_RAM，地址範圍為O到MXL-I ;設計幀寫入二級地址映射，其規則為W_Addr_RAM = W_Addr_L X M+W_Addr_M ；幀寫入地址換算單元根據以上公式產生雙口存儲器的寫入物理地址W—Addr—RAM，利用乘法器及加法器搭建該換算單元。6)幀讀出地址換算單元本發明數據地址分為兩級，第一級為幀級地址Addr_L，地址範圍為O到L_l，用於尋址幀隊列存儲器裡面的幀結構；第二級為幀內數據地址Addr_M，地址範圍為O到M-I ;對應雙口 RAM存儲器物理地址Addr_RAM，地址範圍為O到MXL-I ;設計幀讀出二級地址映射，其規則為R_Addr_RAM = R_Addr_L X M+R_Addr_M ；幀讀出地址換算單元根據以上公式產生雙口存儲器的讀取物理地址R_Addr_RAM，利用乘法器及加法器搭建該換算單元。7)各模塊集成工作機制將上述六個單元按照圖I方式集成得到本發明設計的太空飛行器幀格式數據隊列存儲器，該幀隊列存儲器對外接口分為寫埠、讀埠 ；寫埠包括a)幀滿標誌——標誌幀隊列內數據幀已經為滿；b)幀幾乎滿標誌一標誌幀隊列內數據幀已超過設定幾乎滿閾值；c)幀內寫地址——用於寫入當前幀的幀內地址；d)寫使能一用於寫入當前幀的寫使能；e)寫幀數據——用於輸入寫入當前幀的數據。寫入一幀數據的協議為類似普通同步RAM—樣，利用寫地址、寫使能、寫地址O到M-1，使能寫有效信號，寫入對應一幀數據。當地址為M-I時，寫使能只能為一個時鐘周期長。讀埠包括a)幀空標誌——標誌幀隊列內數據幀已經為空；b)幀幾乎空標誌一標誌幀隊列內數據幀已經少於設置的幾乎空閾值；c)幀內讀地址——用於讀取當前幀的幀內地址；d)讀使能-用於讀取當前幀的讀使能；e)讀幀數據——用於輸出讀取當前幀的數據。讀取一幀數據的協議為類似普通同步RAM—樣，利用讀地址、讀使能、讀地址O到M-1，使能讀有效信號，讀取對應完整一幀數據。當地址為M-I時，讀使能只能為一個時鐘周期長。8)容錯功能本發明除具有傳統FIFO存儲器設計靈活、簡單易用的特點外，還具有桌球緩存器可靠性高的優點。此外，具有更多的魯棒性、支持更多靈活的設計需求。具體為a)支持內容修改寫入、覆蓋寫入——當寫入端控制器在還未寫入當前幀的幀尾(幀內地址W_Addr_M為Μ-l)前，如有糾錯、修正等需要即可直接通過地址定位到幀內特定位置，使能寫使能，寫入修改後數據，完成需要的修改後再寫入幀尾，標誌著當前幀寫入完成。b)覆蓋寫幀——當寫入端控制器在還未寫入當前幀的幀尾前，如由於校驗錯誤或挑幀等需求需要丟棄當前幀，可以不寫入當前幀的幀尾的情況下直接開始寫入下一幀數據。由於上一幀未完成寫入，寫入幀級別地址還停留在當前幀的存儲空間，下一幀數據寫入直接覆蓋當前幀，實現當前幀的覆蓋。c)支持讀出端幀跳過——當讀取端控制器在還未讀出當前幀的幀尾前，如由於校驗錯誤或挑幀等需求需要丟棄當前幀，可以直接將地址跳到幀內幀尾位置(R_Addr_M =M-1)，讀一次即可跳過當前幀，直接開始讀取下一幀。d)幀中斷、不完整一由於複雜電磁環境影響導致讀出、寫入端少讀寫、多讀寫或者在接收晶片上電時刻在幀發送中間，復位時刻在幀中間時，會導致當前幀數據出錯、或者超數、少數，這些故障情況下，本發明可以通過完整幀數據讀寫的固有特性隔離這些故障對後續幀的影響。分為兩種情況，當故障幀完成幀尾寫入，那麼讀取端只有當前幀數據受故障影響。當故障幀未完成幀尾寫入，那麼寫入下一幀數據會覆蓋故障幀的數據，故障對於讀取端不可見。9)用途本發明涉及一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，該設計在雙口存儲器基礎上，設計了二級地址管理機制，分別為幀級別地址管理及幀內數據級地址管理，通過二級換算電路映射到雙口存儲器的物理地址，同時設計了數據幀隊列空/滿標誌檢測、幀地址管理電路等。實現了功能完備的以完整數據幀結構為單位進行隊列寫入、讀出操作的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統。本發明原理簡單、功能強大、資源開銷小、魯棒性高、應用性強，能夠消除諸多影響在軌衛星數據異常導致的數據幀格式不對齊、破損擴散的故障隱患。可廣泛應用於對可靠性要求比較高的幀結構數據交互緩衝，如CPU與FPGA、ASIC接口、多路合路器、多路分路器、多路復接器、晶片間數據幀交互等場合。本發明一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存方法，步驟概括如下，具體步驟中的實現方式未說明的可以參照上述系統中的相應描述(I)選取雙口存儲器作為物理數據存儲器，該RAM具備兩個埠，一個為讀接口，另一個為與接口 ；(2)確定雙口存儲器的參數，假設M為每幀數據長度，L為幀隊列容量，數據寬度為n bit，那麼該雙口 RAM的深度應該為MX L，寬度為n bit ；(3)對數據地址進行分級，一共為兩級，第一級為幀級地址Addr_L，地址範圍為O到L-1，用於尋址雙口存儲器裡面中的幀結構；第二級為幀內數據地址Addr_M，地址範圍為O到M-I ;對應雙口存儲器物理地址Addr_RAM，地址範圍為O到1父1^-1，用於尋址4(1(11'_1^對應幀結構中的數據；(4)設計讀/寫數據幀檢測判據，根據當前讀/寫數據幀內數據地址確定讀/寫使能信號是否有效；進而確定當前寫入數據的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數據的幀地址R_Addr_L ；(5)將幀內數據地址進行二級地址映射，轉換為雙口存儲器的讀/寫物理地址R_Addr_RAM 和 W_Addr_RAM ；(6)統計幀格式數據隊列緩存中仍存儲的數據幀的數量，產生幀格式數據隊列緩存的空/滿狀態標誌；(7)幀格式數據隊列緩存的空/滿狀態標誌用於提示本發明的使用者是否能對幀格式數據隊列緩存進行讀寫操作。
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判斷是否產生空/滿狀態標誌，當幀格式數據隊列緩存處於滿狀態時，外部使用者不再向幀格式數據隊列緩存寫入數據，否則會導致數據丟失；當幀格式數據隊列緩存處於空狀態時，外部使用者不再從幀格式數據隊列緩存讀出數據；否則根據步驟(5)中的雙口存儲器的寫入物理地址W_Addr_RAM和讀出物理地址R_Addr_RAM向雙口存儲器中寫入幀數據、讀出幀數據以完成太空飛行器幀格式數據隊列緩存。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，其特徵在於包括雙口存儲器、幀寫入地址換算單元、幀讀出地址換算單元、幀地址管理單元、寫幀檢測單元、讀幀檢測單元;寫幀檢測單元定義寫入數據幀檢測判據，根據該判據及寫入數據幀內地址W_Addr_M輸出檢測信號即高電平或低電平的幀寫入使能信號至幀地址管理單元；讀幀檢測單元定義讀出數據幀檢測判據，根據該判據及讀出數據幀內地址R_Addr_M輸出檢測信號即高電平或低電平的幀讀出使能信號至幀地址管理單元；幀地址管理單元接收讀幀檢測單元和寫幀檢測單元的檢測信號，根據接收的檢測信號確定當前寫入數據的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數據的幀地址R_Addr_L ；幀寫入地址換算單元根據寫入數據幀內地址W_Addr_M以及當前寫入數據的幀級地址ff_Addr_L產生雙口存儲器的寫入物理地址W_Addr_RAM ；幀讀出地址換算單元根據讀出數據幀內地址R_Addr_M以及當前讀出數據的幀級地址R_Addr_L產生雙口存儲器的讀出物理地址R_Addr_RAM ；雙口存儲器，具有一個讀埠和一個寫埠，存儲器深度為MX L，位寬為n bit ;根據雙口存儲器的寫入物理地址W_Addr_RAM和讀出物理地址R_Addr_RAM向雙口存儲器中寫入幀數據、讀出幀數據以完成太空飛行器幀格式數據隊列緩存；其中M為每幀數據長度，L為幀隊列容量，數據位寬為nbit ；上述幀級地址範圍O L-I ;幀內地址範圍O M-I。
2.根據權利要求I所述的一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，其特徵在於所述的幀地址管理單元確定當前寫入數據的幀地aW_Addr_L以及當前讀出數據的幀地址R_Addr_L的規則為當幀寫入使能信號有效且不滿時，幀寫入地址W_Addr_L增加1，計數到L-I後再增加溢出為O，循環計數；當幀讀出使能信號有效且不空時，幀讀出地址R_Addr_L增加1，計數到L-I後再增加溢出為O，循環計數。
3.根據權利要求I所述的一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，其特徵在於所述的 W_Addr_RAM = W_Addr_LXM+W_Addr_M。
4.根據權利要求I所述的一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，其特徵在於所述的 R_Addr_RAM = R_Addr_LXM+R_Addr_M。
5.根據權利要求I所述的一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，其特徵在於所述的寫入數據幀檢測判據為在外部輸入的寫使能信號有效前提下，當寫入數據幀內地址W_Addr_MSM-l時，判為完成一幀的寫入，否則，幀級寫地址加I。
6.根據權利要求I所述的一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統，其特徵在於讀出數據幀檢測判據為在外部輸入的讀使能信號有效前提下，當讀出數據幀內地址R_Addr_MSM-l時，判為完成一幀的讀出，否則幀級讀地址加I。
7.一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存方法，其特徵在於步驟如下(1)選取雙口存儲器作為物理數據存儲器，該RAM具備兩個埠，一個為讀接口，另一個為寫接口；(2)確定雙口存儲器的參數，假設M為每幀數據長度，L為幀隊列容量，數據寬度為ηbit，那麼該雙口 RAM的深度應該為MX L，寬度為n bit ；(3)對數據地址進行分級，一共為兩級，第一級為幀級地址Addr_L，地址範圍為O到L-1，用於尋址雙口存儲器裡面中的幀結構；第二級為幀內數據地址Addr_M，地址範圍為O到M-I ;對應雙口存儲器物理地址Addr_RAM，地址範圍為O到MXL-1，用於尋址Addr_L對應幀結構中的數據；(4)設計讀/寫數據幀檢測判據，根據當前讀/寫數據幀內數據地址確定讀/寫使能信號是否有效；進而確定當前寫入數據的幀地址W_Addr_L以及當前讀出數據的幀地址R_Addr_L ；(5)將幀內數據地址進行二級地址映射，轉換為雙口存儲器的讀/寫物理地址R_Addr_RAM 和 W_Addr_RAM ；(6)統計幀格式數據隊列緩存中仍存儲的數據幀的數量，產生幀格式數據隊列緩存的空/滿狀態標誌；(7)判斷是否產生空/滿狀態標誌，當幀格式數據隊列緩存處於滿狀態時，外部使用者不再向幀格式數據隊列緩存寫入數據，否則會導致數據丟失；當幀格式數據隊列緩存處於空狀態時，外部使用者不再從幀格式數據隊列緩存讀出數據；否則根據步驟(5)中的雙口存儲器的寫入物理地址W_Addr_RAM和讀出物理地址R_Addr_RAM向雙口存儲器中寫入幀數據、讀出幀數據以完成太空飛行器幀格式數據隊列緩存。
8.根據權利要求7所述的一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存方法，其特徵在於所述的二級地址映射規則為R_Addr_RAM = R_Addr_LXM+R—Addr—M ；W Addr RAM = W Addr LXM+W Addr M。
全文摘要
一種高可靠的太空飛行器幀格式數據隊列緩存系統及緩存方法，該系統在雙口存儲器基礎上，設計了二級地址管理機制，分為幀級別地址管理及數據級地址管理，通過二級換算電路映射到雙口存儲器的物理地址，設計了幀寫入地址換算單元、幀讀出地址換算單元、幀地址管理單元、寫幀檢測單元、讀幀檢測單元等。實現了功能完備的以數據幀結構為單位進行隊列存儲、讀出操作的太空飛行器幀格式數據隊列存儲器。本發明原理簡單、功能強大、資源開銷小、魯棒性高、應用性強，能夠消除諸多影響在軌衛星數據異常導致的數據幀格式移位、破損擴散的故障隱患。
文檔編號G06F12/08GK102915281SQ201210334299
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者徐勇, 龐波, 曾連連, 陶利民 申請人:北京空間飛行器總體設計部