一种固化的星载CAN总线通信系统的制作方法

本发明属于卫星通信，涉及一种基于can总线的卫星通信系统，可以在fpga/asic/cpu上实现固化。

背景技术：

1、近年来，航天器尤其是小卫星发展迅速，在轨数量急速增加，功能越来越强大，对星载can总线通信要求越来越高。而目前星载can总线通信还存在不少的问题，难以满足实际需求。

2、首先，can总线应用层通信协议定义不够标准，无法通用。当前can总线标准仅对物理层和数据链路层做出了规定，星载can总线的应用层协议多为型号定制，整星接口联试工作量大。

3、其次，can总线下位机站地址、屏蔽码等分配设计不够灵活，设计师需要根据每个下位机的具体收发数据需求分配站地址，屏蔽码设计也要在多种不同站地址编排中选取最优方案，设计过程复杂度较高。

4、再有，总线码速率有限的情况下，数据交互量的增长需要提高总线利用率。而对于主从节点的通信，当前大多采用轮询-应答-判断的一对一通信模式，占用大量主节点cpu机时，通信效率低。

5、最后，当前can总线通信对从节点的应答时间要求较高，如果从节点不同数据类型的生成时间间隔较大，需要主节点对此从节点的轮询额外分时设计，不同型号的轮询时序需要专门定制，增加了软件设计复杂度。

6、综上，星上网络通信信道中传输的应用数据类型越来越多、数据量越来越大，需要一个标准通用的通信协议和高效灵活、逻辑简明的通信系统，以支持多类型、大容量、多用户的数据传输。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对当前星载can总线通信存在协议种类多不通用、站地址/屏蔽字设计复杂度高、通信效率低、主节点机时占用过多等，无法满足星载网络节点多、数据量大的传输需求，提供了一种固化的星载can总线通信系统，可在fpga/asic/cpu中实现，提高通信传输效率、简化逻辑设计。

2、本发明的技术解决方案是：一种固化的星载can总线通信系统，包括一个主节点和至少一个从节点，主节点和从节点之间通过can总线进行数据传输；can总线通信协议采用ccsds包协议和非包定制协议共同实现，对于字节数不大于6字节的数据，选择非包定制单帧协议；对于字节数大于6字节的遥测数据和遥控指令传输均采用ccsds包格式，实现遥测数据采集和遥控命令分发的透明传输。

3、进一步的，所述的非包定制协议的单帧传输格式包括仲裁场、控制场、有效数据场，其中仲裁场和控制场各占用1个字节，有效数据场最多包括6个字节有效数据。

4、进一步的，所述的主节点包括主节点总线通信固化层和主节点数据处理模块，从节点包括从节点总线通信固化层和从节点数据处理模块；主节点数据处理模块用于接收外部遥控指令并形成遥控轮询数据，同时形成从节点的遥测轮询数据；主节点总线通信固化层用于形成主节点向从节点发送的遥控轮询数据包和遥测轮询数据包；从节点数据处理模块用于形成自身的遥测应答数据，以及执行完所述遥控轮询数据之后的遥控应答数据，从节点总线通信固化层用于形成从节点向主节点发送的遥控应答数据包和遥测应答数据包；所述的主节点总线通信固化层和从节点总线通信固化层之间依据所述can总线通信协议进行数据包传输。

5、进一步的，所述的主节点总线通信固化层和从节点总线通信固化层采用fpga、cpu或者asic实现。

6、进一步的，所述的主节点数据处理模块包括配置参数单元、遥测轮询组包单元、遥控帧接收单元、遥控轮询包单元、应答数据包组帧单元、遥测帧发送单元、应答状态更新单元；配置参数单元将主节点和从节点的站地址、每个从节点的轮询数据类型以及总线码率、屏蔽字发送至主节点总线通信固化层进行总线通信初始化；初始化完成后，遥控帧接收单元通过外部遥控接口接收遥控数据帧，遥控轮询包单元从遥控数据帧中提取遥控轮询包；同时，遥测轮询组包单元准备好从节点的遥测轮询包，遥控轮询包和遥测轮询包均送至主节点总线通信固化层；应答状态更新单元根据包识别中的apid匹配相应的轮询，置本次轮询应答状态为闭合，并对应答类型、次数进行更新，应答类型为遥控时，遥控数据通信结束；应答类型为遥测时，应答数据包组帧单元从判读通过的应答数据包中提取遥测数据进行组帧，遥测帧发送单元将组帧后的遥测数据发送至外部遥测接口。

7、进一步的，所述的主节点屏蔽字设置为全隐性，全部为逻辑1，选取隐性位不小于4的地址作为从节点站地址。

8、进一步的，所述的主节点总线通信固化层包括总线初始化单元、轮询包fifo单元、发送轮询包单元、接收应答包单元、应答数据判读单元、总线容错管理单元；总线初始化单元根据主节点数据处理模块中配置参数单元传来的参数进行总线通信初始化，轮询包fifo单元进行遥控轮询包和遥测轮询包的存储，发送轮询包单元从轮询包fifo单元提取轮询包，按照can总线通信协议组帧，发送至can总线；接收应答包单元从can总线接收从节点的应答数据帧，根据帧格式判断是否接收完毕，完毕后放入应答数据判读单元进行帧格式和有效数据场的ccsds包格式判读，判读状态发送至总线容错管理单元；总线容错管理单元接收到判读状态若均为通过，则判定应答数据为有效；否则判定应答数据无效，执行总线复位操作；总线容错管理单元将有效数据、判读状态、执行操作发送至主节点数据处理模块中的应答状态更新单元。

9、进一步的，所述的从节点总线通信固化层包括总线初始化单元、总线容错管理单元、接收轮询包单元、格式判读单元、应答缓冲区单元、自动发送应答包单元；总线初始化单元根据接收的参数进行总线通信初始化，初始化完成后，接收轮询包单元从can总线基于所述can总线通信协议接收数据帧送至格式判读单元；格式判读单元进行数据帧格式和有效数据场的ccsds包格式判读，判读状态发送至总线容错管理单元；总线容错管理单元接收到判读状态若均为通过，则判定轮询数据为有效；否则判定轮询数据无效，执行总线复位操作；总线容错管理单元将有效数据、判读状态、执行操作发送至从节点数据处理模块；应答缓冲区单元从从节点数据处理模块接收应答数据，自动发送应答包单元在应答标识有效时，从应答缓冲区单元读取应答数据组帧并发送至can总线，发送完毕后置应答标识为无效。

10、进一步的，所述的从节点数据处理模块包括配置参数单元、轮询状态更新单元、遥控数据执行单元和应答数据生成单元；配置参数单元将本节点的站地址、轮询数据类型以及总线码率、屏蔽字发送至从节点总线通信固化层中的总线初始化单元用于进行总线初始化；轮询状态更新单元根据从节点总线通信固化层中的总线容错管理单元传来的参数对本次轮询的状态进行更新，包括轮询类型、轮询判读状态、轮询次数；轮询类型为遥控轮询则发送至遥控数据执行单元，遥控数据执行单元根据遥控轮询数据包的内容执行相关的操作，并生成应答数据包发送至从节点总线通信固化层中的应答缓冲区单元；若为遥测轮询则置应答标识为有效并送至从节点总线通信固化层中的自动发送应答包单元；应答数据生成单元根据节点自身功能算法时序生成遥测应答数据，将遥测应答数据存放至从节点总线通信固化层中的应答缓冲区单元。

11、进一步的，所述的从节点屏蔽字设置为全隐性，全部为逻辑1，从节点根据站地址滤波、包主导头apid滤波连续二级滤波滤除不需要的数据。

12、本发明与现有技术相比的优点在于：

13、(1)本发明中can总线上传输的包采用较为通用的ccsds包格式，实现遥测遥控与总线数据的透明传递，且支持长包传输，兼顾了总线通信的灵活性和可靠性；

14、(2)本发明中can总线节点站地址选取分类、屏蔽码和分级滤波的设计，使站地址分配和屏蔽码编排简单明了，大大降低了数据流的设计复杂度；

15、(3)本发明的总线通信系统中，主节点设计数据包fifo和应答缓冲区，仅要求从节点数据在配置的周期内应答即可。在应答数据判读子模块中，将发送的数据包fifo和应答数据逐一比较，配对成功后放入应答缓冲区，打破主从一对一通信等待方式，放宽从节点应答时间，节省机时，提升传输效率；

16、(4)本发明的总线通信系统中，将从节点的数据产生和应答剥离，数据产生时即可放入应答缓冲区，收到主节点轮询数据包时自动应答最新数据；主节点无需分时轮询，降低了逻辑复杂度；

17、(5)本发明通过引入一种固化的星载can总线通信应用层设计，形成星上网传输协议规范标准，实现不同型号的通用，固化部分可以直接应用，减少星上设备总线通信设计测试工作量，提高部件联试、整星测试的效率。