МИКРОСХЕМА АДАПТЕРА УДАЛЕННЫХ УСТРОЙСТВ

Полезная модель относится к области вычислительной техники, а именно к микросхемам адаптеров удаленных устройств и предназначена для подключения к сети Space Wire (SpaceWire - Links, nodes, routers and networks) широкого спектра периферийных устройств и удаленного управления данными устройствами по протоколу RMAP (ECSS-E-ST-50-52 Space Engineering. Remote memory access protocol). Предложенная микросхема адаптера удаленных устройств может быть использована в электронных блоках новых перспективных космических проектов и при модернизации существующих космических аппаратов. Кроме того, микросхема может найти применение в бортовых системах авиационного и ракетного оборудования.
Наиболее близким к предложенной полезной модели является программируемый SPI (Serial Peripheral Interface) адаптер (US 2011225339), который управляет SPI для переключения между режимом передачи по одному порту и режимом передачи по нескольким портам. Данный адаптер выбран в качестве прототипа предложенной полезной модели.
Недостатком адаптера прототипа является то, что он во-первых не содержит встроенных приемо-передатчиков низковольтных дифференциальных сигналов (Low Voltage Differential Signal, LVDS), отсутствие которых требует использования внешних микросхем приемопередатчиков для подключения микросхемы адаптера к сети SpaceWire, а также то, что он не содержит некоторых типов периферийных интерфейсов, а именно: (Parallel Port и MailBox), выполненных с возможностью подключения большего числа различных устройств к микросхеме адаптера без использования дополнительных элементов. Таким образом, адаптер-прототип обеспечивает менее компактное и экономичное с точки зрения расхода дополнительных элементов и потребляемой мощности подключение различных устройств, поскольку требует использования дополнительных элементов.
Задачей предложенной полезной модели является создание микросхемы адаптера удаленных устройств с последовательным каналом SpaceWire, обеспечивающей более компактное и экономичное с точки зрения расхода дополнительных элементов и потребляемой мощности (не требующее использования дополнительных элементов: микросхем микроконтроллеров, памяти, программируемой логики, приемопередатчиков и т.п.) оперативное подключение различных периферийных устройств (датчиков, преобразователей информации и исполнительных устройств) к высокопроизводительной помехоустойчивой сети передачи данных SpaceWire, за счет наличия в микросхеме адаптера внутренних приемо-передатчиков LVDS, при которых не требуется использование внешних микросхем приемопередатчиков для подключения микросхемы адаптера к сети SpaceWire, а также за счет наличия дополнительных периферийных портов, выполненных с возможностью подключения большего числа различных устройств к микросхеме адаптера без использования дополнительных элементов.
Поставленная задача решена путем создания микросхемы адаптера удаленных устройств, отличающейся тем, что содержит двухканальный контроллер сети SpaceWire, по меньшей мере, один контроллер последовательного периферийного интерфейса и блок конфигурации микросхемы, которые соединены между собой, а также, по меньшей мере, с одним универсальным периферийным портом и с микропроцессорным портом, при этом двухканальный контроллер выполнен с возможностью обеспечения управления микросхемой по протоколу, в частности с возможностью приема из сети и отправления в сеть меток времени и кодов распределенных прерываний; контроллер последовательного периферийного интерфейса выполнен с возможностью локального управления микросхемой; блок конфигурации микросхемы содержит; микропроцессорный порт выполнен с возможностью подключения периферийных устройств с параллельными портами, поддерживающими адресацию, а также с возможностью эмуляции шин, имеющих различные сигналы управления; универсальный периферийный порт выполнен с возможностью подключения периферийных устройств, скорость обмена данными с которыми можно конфигурировать; четыре приемопередатчика низковольтных дифференциальных сигналов LVDS, соединенных с двухканальный контроллером сети SpaceWire, а универсальный периферийный порт выполнен с возможностью подключения широкого спектра периферийных устройств, в том числе с возможностью функционирования в качестве SPI-порта, а также в качестве параллельного порта.
В предпочтительном варианте осуществления микросхема адаптера удаленных устройств содержит ведомый двухканальный контроллер сети SpaceWire.
В предпочтительном варианте осуществления микросхема адаптера удаленных устройств содержит ведомый двухканальный контроллер сети SpaceWire, выполненный с возможностью обеспечения управления микросхемой по протоколу RMAP.
В предпочтительном варианте осуществления микросхемы адаптера удаленных устройств оба канала двухканального контроллера сети SpaceWire являются симметричными.
В предпочтительном варианте осуществления микросхема адаптера удаленных устройств содержит вспомогательный ведомый контроллер последовательного периферийного интерфейса.
В предпочтительном варианте осуществления микросхема адаптера удаленных устройств содержит два универсальных периферийных порта.
В предпочтительном варианте осуществления микросхемы адаптера удаленных устройств микропроцессорный порт выполнен с возможностью работы в режиме мультиплексированной шины адреса и данных (32-разрядная шина адреса и 32/16/8-разрядная шина данных), а также в режиме с раздельными 16-разрядными шинами адреса и данных.
В предпочтительном варианте осуществления микросхемы адаптера удаленных устройств микропроцессорный порт выполнен с возможностью эмуляции шин, имеющих различные сигналы управления: раздельные стробы записи/чтения и сигнал готовности, общий строб записи/чтения, строб данных и сигнал подтверждения, а также раздельные стробы записи/чтения и сигнал подтверждения.
В предпочтительном варианте осуществления микросхемы адаптера удаленных устройств универсальный периферийный порт выполнен с возможностью функционирования в нескольких режимах работы, а именно он может функционировать как 16-разрядный двунаправленный порт ввода/вывода общего назначения, совмещенный с четырьмя ведущими портами MSPI (Master Serial Peripheral Interface), как двунаправленный 16-разрядный параллельный порт со стробами чтения и записи и сигналом готовности от периферийного устройства и как двунаправленный 16-разрядный 128-словный почтовый ящик со стробами чтения и записи от периферийного устройства и сигналами готовности почтового ящика по записи и чтению.
В предпочтительном варианте осуществления микросхемы адаптера удаленных устройств оба канала двухканального контроллера сети SpaceWire выполнены с возможностью подключения в коммутационную систему сети непосредственно к каналам процессора или непосредственно к каналам коммутаторов.
В предпочтительном варианте осуществления микросхемы адаптера удаленных устройств оба канала двухканального контроллера сети SpaceWire выполнены с возможностью подключения к каналам двухканальных контроллеров сети SpaceWire соседних подобных микросхем адаптера периферийных устройств, при этом образуя каскадную структуру типа цепочки, причем двухканальные контроллеры сети SpaceWire, находящиеся на краях цепочки подключены одним каналом к соседнему двухканальному контроллеру сети SpaceWire в цепочке, а вторым каналом к коммутационной системе сети.
Для лучшего понимания предложенной полезной модели далее приводится ее подробное описание с соответствующими чертежами:
Фиг.1 - Общая функциональная схема микросхемы адаптера удаленных устройств согласно полезной модели.
Фиг.2 - Схема включения микросхемы адаптера удаленных устройств в коммутационную систему сети SpaceWire согласно полезной модели.
Фиг.3 - Схема включения микросхемы адаптера удаленных устройств в каскадные цепочки согласно полезной модели.
На Фиг.1 представлена общая функциональная схема микросхемы адаптера удаленных устройств. Микросхема является ведомой, она отвечает на запросы удаленных сетевых узлов и позволяет передавать информацию от них периферийным устройствам и наоборот. Микросхема состоит из взаимосвязанных блоков, соединенных внутренней шиной 1. Данное разбиение на логические блоки является условным и сделано для удобства анализа микросхемы и не ограничивает сущность полезной модели.
Микросхема содержит в своем составе следующие функциональные блоки: ведомый двухканальный контроллер 2 сети SpaceWire (SSpW), вспомогательный ведомый контроллер 3 последовательного периферийного интерфейса (SPI), блок 4 конфигурации микросхемы (CTR), два универсальных периферийных порта 5 (UPP) и микропроцессорный порт 6 (uP).
Ведомый двухканальный контроллер 2 сети SpaceWire обеспечивает управление микросхемой по протоколу RMAP. Оба канала (А и В) контроллера 2 являются симметричными. Контроллер позволяет принимать из сети и отправлять в сеть метки времени и коды распределенных прерываний.
Ведомый контроллер 3 последовательного периферийного интерфейса (SPI) предназначен для локального управления предложенной микросхемой.
Блок 4 конфигурации микросхемы содержит в своем составе регистры управления, схемы формирования выходных сигналов начальной установки и тактовой частоты периферийных устройств, а также контроллер прерываний. Контроллер прерываний формирует запрос на отправку в сеть кода прерывания в случае возникновения важных событий внутри микросхемы или в случае поступления запросов на прерывания от периферийных устройств.
Микропроцессорный порт 6 предназначен для подключения периферийных устройств с параллельными интерфейсами, поддерживающими адресацию. Он может работать в режиме мультиплексированной шины адреса и данных (32-разрядная шина адреса и 32/16/8-разрядная шина данных), а также в режиме с раздельными 16-разрядными шинами адреса и данных. Микропроцессорный порт 6 позволяет эмулировать шины, имеющие различные сигналы управления: раздельные стробы записи/чтения и сигнал готовности, общий строб записи/чтения, строб данных и сигнал подтверждения, а также раздельные стробы записи/чтения и сигнал подтверждения. Микропроцессорный порт 6 имеет возможность разбивать полное адресное пространство на несколько сегментов. Имеется возможность конфигурировать размер каждого сегмента. Также, тип сигналов управления и скорость обмена данными с периферийными устройствами могут быть сконфигурированы независимо для каждого сегмента.
Универсальный периферийный порт 5 предназначен для подключения широкого спектра устройств с относительно простым интеллектом. Порт 5 поддерживает несколько режимов работы. Он может быть использован в качестве 16-разрядного двунаправленного порта ввода/вывода общего назначения, совмещенного с четырьмя ведущими портами MSPI (Master Serial Peripheral Interface), двунаправленного 16-разрядного параллельного порта (Parallel Port) с раздельными стробами чтения и записи и сигналом готовности от периферийного устройства и двунаправленного 16-разрядного 128-словного почтового ящика (MailBox) со стробами чтения и записи от периферийного устройства и сигналами готовности почтового ящика по записи и чтению. Универсальный периферийный порт 5 предоставляет возможность конфигурировать скорость обмена данными с периферийными устройствами.
Предполагается два варианта системного применения предложенной микросхемы адаптера удаленных устройств с последовательным каналом SpaceWire 1892ХД5Т (официальное название микросхемы - объекта предложенной полезной модели). Первый вариант (Фиг.2) состоит в том, что микросхему двумя каналами (А и В) подключают в коммутационную систему сети SpaceWire. При этом она может подключаться непосредственно к каналам SpaceWire процессора 7 (Фиг.2) или к каналам коммутаторов 8 (Фиг.3).
Второй вариант (Фиг.3) системного применения предложенной микросхемы адаптера удаленных устройств заключается в том, что на ее основе можно реализовывать каскадные структуры типа цепочек. При этом микросхема, находящаяся внутри цепочки обоими своими каналами подключается к соседним в цепочке таким же микросхемам. Микросхема, находящаяся на краях цепочки подключается одним своим каналом к соседней микросхеме в цепочке, а вторым каналом к коммутационной системе сети SpaceWire.
Хотя описанный выше вариант выполнения предложенной полезной модели был изложен с целью иллюстрации предложенной полезной модели, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла предложенной полезной модели, раскрытой в прилагаемой формуле полезной модели.