一种高速数据传输协议的研究与应用

　　1引 言

　　随着航天技术的飞速发展，大量探测数据、有效载荷数据等各种形式数据需要以数据包的形式高速传送给航天器通信处理系统进行复接处理。在这一需求下，FPGA以其高效处理速率、良好的逻辑控制功能、以及高度可配置性得到了广泛的应用。

　　Data-Strobe(以下简称DS)编码目前是高速总线传输采取的一种方案，在高速数字信号传输中可以有效地抑制误码产生。

　　2 DS编码的特点

　　DS编码是一种高速数据传输方案。美国IEEE 1355-1995 和IEEE 1394-1995(Firewire)标准 应用了这一方案。欧空局SpaceWire ECSS-E50-12A标准 也采用了这一方案。事实上，DS编码传输方式在高速数据传输中有广阔的应用空间，特别是在星载、飞船载电子设备的数据传输中表现出了抗干扰性强、易于实 现、可靠性高的特点。

　　图1 数据-时钟传输方式信号时序图

　　传统的数据-时钟传输方式是在发送一路数据信号的同时发送出一路时钟信号，接收方根据接收到的时钟来提取数据。如图1所示，这种传输方式的容错范围 是0.5比特时间。在传输过程中，如果受到外界温度等环境因素造成的干扰使数据与时钟传输时间不能严格同步，如果过传输中信号偏差超过0.5比特，则会造 成误码。

　　DS编码方式传输的是一路数据信号(DATA)和一路选通信号(STROBE)。应用DS编码,将时钟信号和数据信号进行编码，输出数据信号和选通信号。这样在接收端可以通过对数据和选通两路信号进行简单异或操作来恢复时钟信号。在数据传输中，如果数据信号前后接连两个比 特的值相同，选通信号的状态在传输后一个比特时改变，如果数据信号接连传送的两个比特值不同，那么选通信号在这两个比特时间里保持不变。即在任意两个连续比特数据的间隔处，数据信号与选通信号中只有一个改变状态。如图2所示，相比传统的数据-时钟方式0.5比特时间的容错范围，应用DS编码可将容错范围提高到1比特时间。

　　图2 Data-Strobe编码信号时序图

　　3 DS编码的技术实现

　　在具体应用中，实现DS编码可以有两种方式。这里根据选通信号的产生方式分别称之为串行编码和并行编码。

　　3.1串行DS编码

　　串行DS编码是在实现了帧数据比特流串行发送后，将时钟信号进行二分频，然后与数据信号进行异或操作。通过这样的方法产 生选通信号，再将选通信号与数据信号同时发送出去。串行DS编码具有实现简便，应用灵活的特点，适合模块化设计，调试方便。

　　3.2并行DS编码

　　并行DS编码是在对数据进行组帧的过程中同步产生DS编码。选通信号并行于数据信号输出。