一種基於ds編碼的並行接收方法及其裝置的製作方法
2023-05-26 05:25:31 1
專利名稱：一種基於ds編碼的並行接收方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於DS編碼的並行接收方法,實現了一種應用在Spacewire節點控制器中的4位串並數據轉換器和4位並行數據接收器。
背景技術：
隨著航天技術的發展以及航天應用的進一步深入，對太空飛行器的在軌數據處理及交互能力提出了越來越高的要求。Spacewire是歐空局(ESA)為了解決上述需求而推出的一種總線標準，具有高性能、低功耗、高可靠等特點，目前己經成功地應用在多個空間任務中。Spacewire採用Data-Strobe (DS)編碼技術,發送時數據由Data信號直接傳輸，每相鄰兩位Data信號相同時Strobe信號發生變化。接收時Data信號與Strobe信號相異或得到的時鐘信號作為接收數據信號的時鐘。採用DS編碼之後，解碼器的兩種主流解決方案一種·是採用符合採樣定理的傳統的採樣方法即高頻時鐘信號採樣低頻數據信號，但需要一個高頻的時鐘，一般是通過鎖相環來提供，增加時鐘鎖相環資源會增加系統的資源增大設計複雜度；另外一種是通過時鐘恢復技術。目前普遍採用的是時鐘恢復技術。採樣這種技術必然面臨兩個問題，一個是數據在異步時鐘域中交互的可靠性問題，另一個是將數據變為並行數據後的解碼問題。
發明內容
為了克服時鐘恢復技術在異步時鐘域中交互的可靠性問題的不足，本發明提供一種基於DS編碼的並行接收方法，在系統不增加時鐘鎖相環資源的情況下，用低頻的系統時鐘來接收高頻的發送數據。本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括以下步驟I)將一個Data-Strobe (DS)碼流中的Data信號和Strobe信號相異或生成時鐘信號，該時鐘信號作為採樣數據信號的時鐘；2)用DS異或生成的時鐘信號的上升沿對數據信號進行採樣，每採樣N位為一組數據；用時鐘信號的下降沿對數據信號進行採樣，每採樣N位為一組數據；用一個模N的計數器做採樣標識；對於數據分組是根據數據指令編碼的格式來確定N為幾，對於Spacewire節點控制器的解碼器來說，最小的控制字符為4，所以本發明中的串並轉換器是4位的；3)將上升沿採樣和下降沿採樣的數據按照先後順序位與位交替存儲，存儲後以2N位為一組數據；通過上述的模N計數器將這2N位的數據分為每N位一組；4)將交替存儲後分解的N位數據通過接收裝置的系統工作時鐘和三級寄存器進行三級同步，消除異步時鐘域中數據交換的亞穩態；5)在所述的計數器非零時生成一個數據有效指示信號；6)將該數據有效指示信號通過接收裝置系統工作時鐘經過三級寄存器進行三級同步；7)將同步後的數據信號和數據有效指示信號進行並行數據解碼接收，通過一個狀態機實現。狀態機的第一個狀態是Detect_CtrlChar，也就是復位後初始狀態，如果接收到的4位數據是控制字符(ESC、FCT、E0P或EEP)則，仍然保持在該狀態，其他情況跳轉到下一狀態 CargoBit4 ；狀態機的第二個狀態是CargoBit4 :表示節點已經接收到4個字符位；該狀態下①若在前一狀態CargoBitlO時檢測到數據字符，則不做任何操作，直接轉移至CargoBit8，②若停留在該狀態期間檢測到數據或時間碼，也不做任何操作，直接轉移至CargoBitS，③若檢測到控制字符，則停留在該狀態；可能接收到控制字符，不可能接收到數據和時間碼；可以檢測所有字符；CargoBit8 :表示節點已經收到8個字符位；該狀態下，收到的8個字符位是數據字符(或時間碼的數據部分)的前8位，從而必然接收到數據或時間碼，不可能接收到控制字符；檢測到數據或控制字符(但不知是什麼控制字符，因為只檢測到控制位』 I』，下同)，不可能檢測到時間碼；無條件轉移到CargoBit2 ； CargoBit2 :表示節點收到2個字符位；該狀態下①若在前一狀態CargoBit8時檢測到數據字符，則不做任何操作，直接轉移至CargoBit6，②若檢測到控制字符(但不知是什麼控制字符)，則停留在該狀態，③若檢測到數據或時間碼，則轉移至CargoBite ;若檢測到控制字符(但不知是什麼控制字符)，則對具體是什麼控制字符不做檢測，直接接收；不可能接收到數據或時間碼；CargoBit6 :表示節點收到6個字符位；該狀態下，必是節點已經檢測到數據或時間碼，收到的6個字符位是數據字符(或時間碼的數據部分)的前6位；不做任何操作，無條件轉移至CargoBitlO ；CargoBitlO :表示已經接收到10個字符位；該狀態下，必接收到數據或時間碼，不可能接收到控制字符；檢測到數據或控制字符，不可能檢測到時間碼、NULL字符(此狀態ESC_0bserved 必為'O');無條件轉移到 CargoBit4。所述的N為任意偶數。本發明還提供一種實現上述方法的裝置，包括時鐘恢復電路、串並數據轉換單元和並行數據接收器，數據信號經過時鐘恢復電路，恢復出時鐘信號，將數據信號和時鐘信號同時送入串並數據轉換器。該串並數據轉換器的輸入信號有Data信號、Strbdn信號，需要轉換的串行數據是I位的Data信號。該轉換器的輸出信號是N位的數據信號，和一位數據有效指示信號。輸出的N位數據和一位數據有效指示信號，經過接收裝置系統工作時鐘的三級寄存器同步後完成異步時鐘域內數據正確交互，將同步後的數據信號和數據有效指示信號同時送入並行數據接收器進行數據解碼接收。本發明的有益效果是本發明在不增加系統鎖相環資源的情況下用簡單邏輯電路實現了用低速系統時鐘接收高速發送數據的功能。由於未增加時鐘鎖相環資源，也就是減少了系統資源開銷，減小了設計的複雜程度，同時會降低工藝的複雜度，提高成品率。採用低速時鐘實現了接收較高速率的數據，提高了通訊速率。
圖I為本發明基於DS編碼的並行接收技術的構架框圖2為本發明中的DS時鐘恢復單元實施電路原理簡圖；圖3為DS恢復時鐘採樣串行數據到並行數據的實現原理圖；圖4為N位串並轉換數據拼接原理圖；圖5為DS恢復正沿時鐘採樣數據時序圖；圖6為根據本發明實施的一個N為4的4位串並轉換的時序圖；圖7為本發明在Spacewire節點控制器中實現4位並行數據接收器的狀態圖。
具體實施例方式本發明提供一種基於DS編碼的並行接收方法，該方法就是首先將一個DS碼流所傳送的數據信號通過DS信號恢復出的時鐘信號進行採樣，採樣後的串行數據拼為一個N位 的並行數據；然後將該並行數據經過三級同步處理，可靠地傳送到系統時鐘域中做數據接收的解碼；最後就是為了保證數據接收的及時性，直接對該並行數據進行解碼接收。本發明實現的基於DS編碼的並行接收裝置包括(I)一個將串行數據碼流轉換為一個N位字符流的串並轉換電路，該電路不是簡單的將串行數據通過移位寄存器變成一個並行數據，因為接收到的數據不是一個簡單的順序數據流；(2) —個N位的並行數據接收器，在本發明依據SpaceWire協議的字符特點設計一個4位的並行數據接收器。當應用在其他系統中，N可以是任意偶數，可以擴展為2、4、8等。I.串並數據轉換單元 在數據信號到達該該單元前先經過如圖2所示的時鐘恢復電路，將Data信號和DS時鐘同時送入該串並數據裝換器。本發明的關鍵技術就在串並數據轉換單元，簡單的通過DS時鐘採樣到的數據直接送到接收器中進行解碼接收存在異步時鐘域中數據交互問題，很難保證數據完備，解碼正確。本電路可以實現N位數據串並轉換，經過三級同步完成異步時鐘域內數據正確交互。實現步驟I)數據信號用DS時鐘的上升沿進行採樣，用一個模N的計數器做採樣標識，N位為一組；2)數據信號用DS時鐘的下降沿進行採樣，用一個模N的計數器做採樣標識，N位為一組；3)上升沿採樣和下降沿採樣的數據交替存入一個N位寄存器中；4)將該N位數據通過系統時鐘進行三級同步；5)上述模N的計數器在非零時生成一個數據有效指示信號；6)將該數據有效信號通過系統時鐘進行三級同步；7)將同步後的數據信號和數據有效指示信號同時送入下一個並行接收單元進行數據解碼接收。2.並行接收器單元並行接收器單元，也就是並行數據處理器單元，確定N的值是接收器的設計的關鍵點。N的確定要根據傳輸字符的特點來定。如果N路並行信號輸入是分析器能夠允許的
最高位寬，則採用fMHz的時鐘可以解碼$ f^bps或者更高速率的數據，但最高可以接收的
數據速率不超過NfMbps。
本發明為Spacewire節點控制器設計的4路並行接收器，Spacewire協議是根據1355-1995協議來制定的，並在其基礎上提供了 Time-codes來支持在網絡層傳播系統時間。SpaceWire協議中有三種類型的字符，數據字符、控制字符和連接字符。分析SpaceWire字符層協議字符層特性，其中最小的字符是4位，亦是解碼的最小位寬為4位。所以4路並行信號輸入是Spacewire接收解碼器能夠允許的最高位寬。4路並行輸入接收器分析器對由DS信號恢復出的數據進行分析，每個時鐘周期可以處理4路並行信號。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖2所示,來自PAD的信號Data和Strobd經過異或生成DS時鐘clkds,clk_p的上升沿和clk_n的上升沿分別是clkds的上升沿和下降沿；生成的clk_p和clk_n兩個輸入，它們均是與系統時鐘異步的時鐘信號。如果只用異或產生的時鐘上升沿對Data信號進行採樣的話，只能得到一半Data信號，所以異或產生的時鐘信號要用到上升沿和下降沿·交替對Data信號進行採樣，可以保證數據的完整性。時鐘信號經過邏輯門後對Data信號進行採樣，由門延時保證時鐘可以正確採樣到數據。如圖3所示輸入的數據信號通過恢復出的正時鐘clk_p和負時鐘clk_n採樣到數據存入兩個2N位的移位寄存器中。當接收到2N位後可通過系統時鐘採樣移位寄存器交叉拼接數據存入2N位寄存器中，經過3級的系統鍾同步採樣後，用2拍輸出N位並行數據。其中用到兩個2N位的寄存器，做桌球處理交替送出數據。也就是由於用fMHz的時鐘無法正確解碼fMbps的DS信號，用DS信號恢復出來的時鐘clkds，將碼速率為fMbps的DS編碼信號分為兩路碼速率為f/2Mbps的信號。如圖4所示，圖中只畫出了 clkds的上升沿clkp對D信號的採樣。信號PEn是對clkds的二分頻，作為信號DataP的使能信號，在PEn的上升沿和下降沿都有一個有效數據位。同步時鐘對PEn進行採樣，檢測到PEn的沿時對DataP進行採樣，得到有效數據位，得到原DS信號攜帶的一半信存入Clk_p的移位寄存器中。DS信號攜帶的另一半信息同樣的方法存入另一個移位寄存器中。其中兩個移位寄存器數據交替拼接存入到寄存器。圖6是一個N為4位的串並轉換時序圖，其中應用了一個模4的計數器來控制採樣和生成輸出數據的使能信號。並行解碼分析器主要結構為一個狀態機，如圖7所示，Detect_CtrlChar表示節點在該狀態下檢測到控制字符(ESC、FCT、EOP或EEP)。CargoBitlO :表示已經接收到10個字符位；該狀態下，必接收到數據或時間碼，不可能接收到控制字符；檢測到數據或控制字符，不可能檢測到時間碼、NULL字符(此狀態ESC_0bserved必為，O');無條件轉移到CargoBit4 ；CargoBit4 :表示節點已經接收到4個字符位；該狀態下①若在前一狀態CargoBitlO時檢測到數據字符，則不做任何操作，直接轉移至CargoBit8，②若停留在該狀態期間檢測到數據或時間碼，也不做任何操作，直接轉移至CargoBitS，③若檢測到控制字符，則停留在該狀態；可能接收到控制字符，不可能接收到數據和時間碼；可以檢測所有字符；CargoBit8 :表示節點已經收到8個字符位；該狀態下，收到的8個字符位是數據字符(或時間碼的數據部分)的前8位，從而必接收到數據或時間碼，不可能接收到控制字符；檢測到數據或控制字符(但不知是什麼控制字符，因為只檢測到控制位，r，下同)，不可能檢測到時間碼；無條件轉移到CargoBit2 ；CargoBit2 :表示節點收到2個字符位；該狀態下①若在前一狀態CargoBit8時檢測到數據字符，則不做任何操作，直接轉移至CargoBit6，
②若檢測到控制字符(但不知是什麼控制字符)，則停留在該狀態，③若檢測到數據或時間碼，則轉移至CargoBite ;若檢測到控制字符(但不知是什麼控制字符)，則對具體是什麼控制字符不做檢測，直接接收；不可能接收到數據或時間碼；CargoBit6 :表示節點收到6個字 符位；該狀態下，必是節點已經檢測到數據或時間碼，收到的6個字符位是數據字符(或時間碼的數據部分)的前6位；不做任何操作,無條件轉移至CargoBitlO。
權利要求
1.一種基於DS編碼的並行接收方法，其特徵在於包括下述步驟 1)將一個DS碼流中的Data信號和Strobe信號相異或生成時鐘信號，該時鐘信號作為採樣數據信號的時鐘； 2)用時鐘信號的上升沿對數據信號進行採樣，每採樣N位為一組數據；用時鐘信號的下降沿對數據信號進行採樣，每採樣N位為一組數據；用一個模N的計數器做採樣標識； 3)將上升沿採樣和下降沿採樣的數據按照先後順序位與位交替存儲，存儲後以2N位為一組數據；通過上述的模N計數器將這2N位的數據分為每N位一組； 4)將交替存儲後分解的N位數據通過接收裝置的系統工作時鐘和三級寄存器進行三級同步，消除異步時鐘域中數據交換的亞穩態； 5)在所述的計數器非零時生成一個數據有效指示信號； 6)將該數據有效指示信號通過接收裝置系統工作時鐘經過三級寄存器進行三級同I K少； 7)將同步後的數據信號和數據有效指示信號進行並行數據解碼接收，通過一個狀態機實現。
2.根據權利要求I所述的基於DS編碼的並行接收方法，其特徵在於所述的N為任意偶數。
3.根據權利要求I所述的基於DS編碼的並行接收方法，其特徵在於所述的N為4。
4.根據權利要求I所述的基於DS編碼的並行接收方法，其特徵在於所述的狀態機的第一個狀態是Detect_CtrlChar，也就是復位後初始狀態，如果接收到的4位數據是控制字符，則仍然保持在該狀態，其他情況跳轉到下一狀態CargoBit4 ； CargoBit4 :該狀態下若在前一狀態CargoBitlO時檢測到數據字符，則不做任何操作，直接轉移至CargoBitS;若停留在該狀態期間檢測到數據或時間碼，也不做任何操作，直接轉移至CargoBit8 ;若檢測到控制字符，則停留在該狀態； CargoBit8 :該狀態下檢測到數據或控制字符,無條件轉移到CargoBit2 ； CargoBit2 :該狀態下若在前一狀態CargoBit8時檢測到數據字符，則不做任何操作，直接轉移至CargoBite ;若檢測到控制字符，則停留在該狀態；若檢測到數據或時間碼，則轉移至CargoBit6 ;若檢測到控制字符，則直接接收； CargoBit6 :該狀態下不做任何操作,無條件轉移至CargoBitlO ； CargoBitlO :該狀態下檢測到數據或控制字符,無條件轉移到CargoBit4。
5.一種實現權利要求I所述基於DS編碼的並行接收方法的裝置，包括時鐘恢復電路、串並數據轉換單元和並行數據接收器，其特徵在於數據信號經過時鐘恢復電路恢復出時鐘信號，將數據信號和時鐘信號同時送入串並數據轉換器，輸出N位的數據信號和一位數據有效指示信號，經過接收裝置系統工作時鐘的三級寄存器同步後完成異步時鐘域內數據正確交互，將同步後的數據信號和數據有效指示信號同時送入並行數據接收器進行數據解碼接收。
全文摘要
本發明提供了一種基於DS編碼的並行接收方法及其裝置，數據信號經過時鐘恢復電路恢復出時鐘信號，將數據信號和時鐘信號同時送入串並數據轉換器，輸出N位的數據信號和一位數據有效指示信號，經過接收裝置系統工作時鐘的三級寄存器同步後完成異步時鐘域內數據正確交互，將同步後的數據信號和數據有效指示信號同時送入並行數據接收器進行數據解碼接收。本發明在不增加系統鎖相環資源的情況下用簡單邏輯電路實現了用低速系統時鐘接收高速發送數據的功能，減小了設計的複雜程度，同時會降低工藝的複雜度，提高成品率，採用低速時鐘實現了接收較高速率的數據，提高了通訊速率。
文檔編號H04L1/00GK102946293SQ20121036298
公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者劉歡, 王劍峰, 吳龍勝 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所