[发明专利]基于FPGA实现具有SPW接口的专网地检装置及方法

权利要求书

1.基于FPGA实现具有SPW接口的专网地检装置，是将检测系统通过FMC扩展槽与待测设备相连接，其特征在于，检测系统通过FPGA实现，该FPGA内设有：

以太网媒体访问控制MAC处理模块(1)，用于连接以太网设备，并收发RGMII格式的以太网帧；

帧整形模块(2)，用于协议适配，即将以太网设备侧的以太网帧转换成交换网络内部专用格式帧，并将SpaceWire设备侧的交换网络内部专用格式帧转换为标准以太网帧；

端口轮询模块(3)，用于提取源端口号以确定数据帧对应的SpaceWire端口，同时将各SpaceWire端口缓存的数据信息搬移到总线上；

端口处理模块(4)，用于将数据帧转换成SpaceWire接口可识别的帧格式并写入接口的发送缓存，同时将SpaceWire接口接收缓存中的数据读出并转换成交换网络内部专用帧格式；

SpaceWire接口模块(5)，用于实现链路初始化连接、链路保持、数据编解码、数据收发、错误恢复和流量控制；

DS信号采样模块(6)，用于对SpaceWire链路上传输的串行DS信号进行高频采样，得到准确、稳定的DS信号。

2.利用权利要求1所述装置进行地面检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获得以太网数据帧：

以太网媒体访问控制MAC处理模块先对数据位宽为4bit的RGMII总线数据进行时钟上下边沿采样，得到总线位宽为8bit的以太网数据帧；

删除掉以太网帧的前导码和帧起始界定符以及帧尾长度为4个字节的CRC字段后进行位宽转换，得到总线位宽为64bit的以太网数据帧；

2)将以太网帧转换成交换网络专用帧：

在1)得到的以太网帧帧头字段先提取出与目的端口、源端口、帧长度对应的字段信息，通过这些信息提取出专用交换网络对应的目的端口和源端口号，并计算出专用帧帧长和专用帧帧头CRC校验值；再删除掉以太网帧帧头字段，得到以太网帧的数据载荷，并按照协议的帧格式将载荷与帧长、目的端口号和源端口号填入交换网络的专用帧的对应字段；

3)识别交换网络数据帧的源端口号并将其传送到对应端口，该对应端口对发送到交换网络的数据帧进行处理，即先将64bit位宽的交换网络专用帧存入FIFO中进行位宽转换，得到数据位宽为8bit的数据帧，再根据SpaceWire协议要求为数据添加1bit的标志位，得到位宽为9bit的数据字符和控制字符，并写入本端口的SpaceWire接口发送缓存中；

4)SpaceWire接口发送器从其对应的发送缓存中读取出位宽为9bit的数据字符和控制字符，并将其编码成串行DS信号发送到SpaceWire链路上；

5)接收SpaceWire链路上的DS信号，即采用四个同频不同相的同源高频时钟分别对接收到的DS信号进行采样，当其中三个及以上的采样值相同时，输出该采样结果，否则，保持原采样值不变；

6)SpaceWire接口将收到的串行DS信号进行解码，恢复出位宽为9bit的SpaceWire数据字符和控制字符，并写入接收缓存中；

7)从SpaceWire接口的接收缓存中读出位宽为9bit的数据，根据其标志位判断是数据字符还是控制字符：

如果该数据是控制字符，则将其删除；

如果该数据是数据字符，则先将其标志位去掉得到位宽为8bit的数据，再将总线位宽为8bit的SpaceWire数据帧转换成交换网络专用的64bit位宽帧格式存入本端口的输入缓存中；

8)对每一个SpaceWire端口进行公平轮询，即依次从各个端口的输入缓存中读出交换网络内部专用的格式数据帧；

9)将交换网络内部专用的格式数据帧转换成标准以太网帧，并发送：

9a)将8)读出的交换网络内部专用的格式数据帧存入FIFO中并按顺序读出，保证每两帧之间至少间隔两个时钟周期，防止由于两帧相连导致后续处理出错；

9b)根据每一个专用帧的帧长计算出该帧对应的以太网帧帧长；

9c)按照标准以太网帧的帧格式在专用帧帧首部添加以太网帧帧长、目的地址和源地址得到以太网帧；

9d)将以太网帧的数据位宽转换成8bit的格式，计算出以太网帧的CRC校验值，将CRC校验值填入到以该太网帧的末尾四字节CRC字段上；再在该以太网帧帧头前添加前导码以及帧起始界定符，得到标准以太网数据帧，并发送给以太网设备。