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3.3 存储和调度算法设计

AOS高速实时 /回放分级复接器的设计重点在于虚拟信道调度的算法。高速率、高信道利用率的虚拟信道调度策略的设计是分级复接器设计的关键技术之一。调度策略算法的合理设计将保证AOS高速实时 /回放分级复接器能够高效、有序地完成存储和复接传输的功能任务。本设计的虚拟信道调度算法框图如图 2所示。

在各级工作状态下，首先由信源速率确定各虚拟信道的优先级。然后复接器根据各数据源缓存区和存储单元的存储空满状况确定接入的虚拟信道。

在第一级复用状态下，被选择接入的虚拟信道业务数据单元将以CCSDS AOS的标准帧格式存入存储单元，存储单元的写使能仅在接入有效数据帧时打开，保证只有有效的数据帧才能进入存储单元，以节省存储空间。进入在第二级复用状态以后，存储单元中的历史数据与其他路实时数据一起复接下行，各路异步数据缓存根据现有存储状况向虚拟信道调度模块发出传输请求，虚拟信道调度模块根据优先级策略选择接入的异步信道。如果没有有效的异步数据，则根据填充机制发送填充数据。

对于AOS高速实时/回放分级复接器而言，传输帧主帧头中的虚拟信道标识、虚拟信道帧计数和回放标志的设计是存储和虚拟信道调度的关键标识。虚拟信道标识区分了接入信道的各路数据，回放标志区分了实时数据和历史数据，而虚拟信道帧计数记录了每一路信道各帧数据的先后顺序。为了保证地面接收到载荷数据以后可以完整、无误、便捷地还原历史数据，两级复接成帧时使用了统一的虚拟信道帧计数和虚拟信道标识。这样在发送端经过两次复接之后下行的数据，在地面接收端只要进行一次解帧就可以还原。因此使用这种灵活的设计，不必改变现有的地面接收设备，使AOS高速实时/回放分级复接器具有很强的可移植性。两级复接后历史数据信道主帧头的仿真结果如图 3所示。

3.4 硬件验证演示系统及测试结果

搭建如图4所示的验证演示系统，对AOS高速实时 /回放分级复接器的功能进行验证。在演示系统的发送端，图像数据转换为码流，和科学实验数据一起作为高速分级复接器的信号源，进入复接器为信号源准备的缓存区中。经高速分级复接器复接下行后，成为一路串行输出。接收端将接收到的串行码流经过帧同步后送到接收与分路处理设备进行虚拟信道分路，并提取各虚拟信道的业务数据单元，最后送到计算机终端，在计算机终端可以分别看到恢复完整的科学实验数据和图像数据。

测试结果表明， AOS高速实时/回放分级复接器可以较好地进行存储和复接任务，各虚拟信道数据保持流畅，无丢失现象，串行输出速率为50Mbps。

4．结束语

本文介绍了 CCSDS协议高级在轨系统的复用方式和AOS传输帧结构，提出了两级复用的构想，探讨了AOS实时/回放分级复接器的硬件实现和技术方案。由于采用FPGA大规模逻辑器件，同时对AOS协议进行了合理的剪裁，使设计体积小、性能灵活且易于移植。本课题的研究将为航天应用工程中数据处理关键设备的集成提供思路，对进一步研制轻小灵活、高效适用的星载数据管理设备具有指导意义。

本文作者创新点：第一，提出了两级复用的理念，充分利用全异步复用灵活及高效的特点，通过对CCSDS AOS协议进行合理的剪裁，使两级复用相互配合，完成兼顾存储、复接和回放的任务。第二，给出了基于FPGA的AOS实时/回放分级复接器的完整设计方案，设计思想灵活，在发送端经过两次复接之后下行的数据，在地面接收端只要进行一次解帧就可以还原，不必改变原有的地面接收设备，具有很强的可移植性。

关键词： FPGA 回放 分级 复接器