[发明专利]基于USB的SpaceWire网络即插即用基础协议

权利要求书

1.基于USB的SpaceWire网络即插即用基础协议系统，包括主控设备和PC、SpaceWire网络，主控设备同时与PC和SpaceWire网络通讯；其特征在于：所述的主控设备由FPGA、SpaceWire网络接口和USB芯片组成；使用USB的中断传输和批量传输在PC和FPGA之间交换指令和数据；

FPGA程序代码存储在EEPROM中，每次重新上电直接进入协议状态机而无需重新下载；FPGA和USB芯片采用一样的时钟，SpaceWire网络接口则采用更高速的时钟；USB芯片的程序代码存在另一块EEPROM中，上电后处于Slave FIFO模式；FPGA通过DATA线、Read和Write信号、ADDR选址线和USB芯片通讯，进而通过USB管道和PC通讯；PC上使用USB芯片提供的基础驱动作为底层，封装一层数据API之后实现协议，并向上层应用软件提供协议API；

所述的基础协议中，通用数据单元包括：

Protocol Version 为协议版本号，固定在一个字节，用来标识当前协议版本，使协议升级和兼容；

Opcode为数据包的操作码分类标识，固定一个字节；

Packet ID为标识包的序列号或者响应包的序列号；

Length 为长度信息，标识后续 Payload部分的字节数；

Payload为需要传送的内容，嵌套更上层的协议；

Payload字段下嵌套的指令数据单元包括两个字段：Command Code为长度一个字节的指令代码，用以区分指令类型；Extra为长度不定的指令附加信息；其中，指令类型包括如下：

1）查询请求指令：发起一次新的查询会话，参与者为PC和主控设备；实现PC读取主控设备状态信息的功能；

PC向主控设备发送一个查询请求包，主控设备收到后处理该查询请求包，之后立即向PC返回一个响应包代表处理结果，如果需要还应该在响应包的 Extra字段中附带此次查询会话中需要返回给PC的状态信息数据；

2）IO请求指令：发起一次新的SpaceWire数据传输IO会话，参与者为PC、主控设备和SpaceWire网络；实现PC通过主控设备向SpaceWire网络发送数据、PC通过主控设备从SpaceWire网络接收数据的功能；

所述的基础协议中，通用数据单元Payload为IO请求时，指令数据单元中Extra字段下嵌套的IO数据单元格式：

Action：只有在 Type为 Stream时有效，标志Stream型IO传输开始或结束；

Type: Message标志固定数据长度的 IO会话，Message会话中数据头部带有2Bytes的数据长度信息，指定本次Message型IO会话中有效数据载荷的长度；Stream标志不固定长度数据流的IO会话，会话发起后进行持续的数据传输，在最后通过一个Action为Stop的IO请求指令结束本次会话；

Direction： Output 为从 PC向主控设备或者 SpaceWire网络的发送标识，Input 为PC从主控设备或者 SpaceWire网络的读取标识。

2.根据权利要求1所述的基于USB的SpaceWire网络即插即用基础协议系统，其特征在于：所述的IO会话分为两种类型：

Message类型的会话:PC或者主控设备中的发起者向响应者发送一个IORequest包，其中IO数据单元中的 Type位应为Message；响应者收到这个IO请求包后会确认当前的缓冲区状态、SpaceWire 的 FIFO状态、SpaceWire的链路状态信息，如果准备好接收数据，就返回一个 Response Status表示“成功”的 Response包；如果无法接收数据，就返回携带相应错误码的 Response包；发起者收到 Response包后，如果 Response Status代表“成功”，应立即发送一个准备好的 Data包，否则应等待一定时间或者立即重发一个新的 IO Request；响应者收到 Data包之后，进行相应的动作后，再次返回一个表示“成功”的 Response；本次会话即告结束；

Stream类型的会话:PC或者主控设备中的发起者向响应者发送一个IORequest 包，其中IO数据单元中的 Type位应为Stream，Action位应为 Start；响应者收到IO请求后，作出状态确认与Response包回复动作；接着，发起者发送一个 Data包的头部，其中 Length字段表示的是每一次最多传送的字节数，然后开始循环发送数据，每次发送的数据不应多于Length；响应者读取完Data包头部后即开始读取数据，每当读空缓冲区或者读够Length个字节的数据时，应检查在中断传输中是否有 Stop请求；发起者将数据全部发送完之后，向响应者发送一个 IO Request，其 Type为Stream，Action为 Stop；响应者收到 Stop请求后，向发起者发送一个针对 Stop请求的 Response，表示已成功停止；当响应者对读取到的数据执行完相应的步骤后，向发起者发送一个针对 Data包的Response；本次会话即告结束。