[发明专利]一种基于FPGA的动态虚拟信道调度器及其调度方法

说明书

技术领域

本发明属于高级在轨系统（AOS：Advanced Orbiting System）技术领域，具体涉及一种基于FPGA可重置优先级与传输速率的虚拟信道调度器的制作方法。

背景技术

AOS将空间飞行器上各种应用数据按照CCSDS标准进行处理，其调度部分设计基于时分复用原理，按固定优先级固定速率对各个虚拟信道数据进行复接，一旦设计完成，在轨飞行期间优先级和速率无法更改。但随着交会对接和空间组网等新任务的出现，飞行器上的数据也朝多样化发展，包括的对地观测、空间实验、大容量存储、图像、话音、电子邮件、飞行器内环境监测、系统平台管理与航天员健康数据等，以及未来的3D视频、高清视频、电子邮件与空间Internet数据等，使得接入AOS的数据速率从几Kbps到几百Mbps不等，时延要求也不相同，但基于复接体制的数据调度系统无法支撑上述多类型及可控时延的传输需求；此外，随着我国中继卫星的迅速发展，建立全球测控和数传已经成为一种必然趋势，越来越多的空间数据将通过中继卫星转发给国内接收站，但中继卫星越来越高的速率使得固定速率的数据处理系统无法与中继卫星建立通信链路。因此，需要研究一种有效的空间数据调度系统，支持虚拟信道数据调度优先级与传输速率在轨切换，以达到对数据传输时延和优先级的控制，才能实时或准实时地将多用户、多类型数据按用户要求可靠稳定地传回地面。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决上述现有AOS虚拟信道调度优先级和传输速率无法切换等不足，本发明的目的在于为航天或其它军事领域数据系统提供高速、稳定、可靠并具有时延要求的虚拟信道调系统，使飞行器在轨运行期间可对虚拟信道调度优先级与传输速率进行切换，能将用户最关心的关键数据实时可靠地传回地面。利用本发明不仅解决了调度优先级与速率切换的问题，而且将AOS的信道调度效率提高到了98%以上。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种基于FPGA（可编程逻辑门阵列，field programmable gate array）的动态虚拟信道调度器及其调度方法。

本发明所提供的基于FPGA的动态虚拟信道调度器，包括：虚拟信道输入接口、调度控制器、数据输出接口模块、程序存储器、指令注入模块、晶体振荡器和电源供电模块，其中，所述电源供电模块与其他各组件分别电连接，为各组件提供稳压电源，所述虚拟信道输入接口与调度控制器连接，工作数据经由所述虚拟信道输入接口进入调度控制器；所述调度控制器为FPGA，对所述工作数据进行动态调度，并将经过所述调度的工作数据进行增益处理；所述调度控制器与数据输出接口模块相连，所述增益处理后的工作数据在所述数据输出接口模块进行电平转换，转化为飞行器接收的电平形式；所述指令注入模块与所述调度控制器相连，向调度控制器输入速率和优先级指令；所述程序存储器与所述调度控制器相连，用于存储整个设计程序，并向所述调度控制器供程序；所述晶体振荡器与所述调度控制器相连，向所述调度控制器提供时钟指令。

进一步，所述调度控制器包括缓存区间,与所述缓存区间相连的虚拟信道接入数据块生成模块；与所述虚拟信道接入数据块生成模块相连的信道调度控制模块；与所述信道调度控制模块相连的数据输出处理模块；与所述虚拟信道接入数据块生成模块、信道调度控制模块分别相连的速率控制模块、与所述虚拟信道接入数据块生成模块、信道调度控制模块分别相连的优先级表模块。

进一步，所述调度控制器包括遥测返回模块，所述遥测返回模块与所述虚拟信道接入数据块生成模块和信道调度控制模块分别相连，监控所述虚拟信道接入数据块生成模块和信道调度控制模块的工作状态并将所述工作状态传输到所述遥测返回接口模块，在所述遥测返回接口模块内转化为飞行器接收的电平形式后输出。

进一步，FPGA选用Xilinx公司的300万门抗辐射级高可靠芯片VirtexⅡ系列，程序存储器选用Xilinx公司抗辐射级高可靠芯片XQR17V16PLCC44，接口芯片选用TI公司SN55LVDS系列，晶体振荡器选用AMCO-100B系列。

本发明所提供的动态虚拟信道调度器的调度方法，包括：

开始工作后，FPGA执行工作初始配置，建立默认优先级表和速率配置项，进入默认工作模式；