SpaceWire接口三轴加速度计设计

　　0　引　　言

　　三轴加速度计作为惯性导航系统的基本组成元件，被广泛的应用于航空领域之中，其和系统控制器、处理器、存储器之间的信号传输主要通过航天总线进行。SpaceWire作为专为航天系统开发的标准规范，可以提高加速度计的传输速率，增强传输稳定性。

　　SpaceWire被设计用来连接高数据率的寄存器、大容量固态存储器、处理单元和下行遥测子系统，以便构成一个集成在宇航飞船上的通信网络[1]。目前国外已经开发出了SpaceWire的智能IP核[2]、功能部件、软件驱动和测试设备[3];国内已经见到中科院、上海交通大学、哈工大测控所[4]等研究机构对SpaceWire节点、SpaceWire网路技术与应用、数据网络测试[5]等方面的研究成果，以及针对航姿测量系统、微惯性测量单元等领域的研究工作[6-7]。但目前还没有看到结合SpaceWire和惯性导航的具体应用的设计文章。

　　SpaceWire和航天任务中的各种应用都有着十分紧密的结合。在航天系统中，飞行器必须进行航资调整、飞行定位，推算导航等操作，而这些都离不开作为惯性导航系统基本传感元件的三轴加速度计。

　　本文结合SpaceWire技术，设计了SpaceWire接口三轴加速度计，研究并实现一种改进的DS(data和strobe信号)解码算法，开发了RMAP高层协议[8]函数库和服务程序，与SpaceWire标准路由器、网络管理器共同组成SpaceWire网络。这对SpaceWire技术在我国航天领域的广泛应用与快速发展，以及我国航天工程的发展进步有着重要的意义。

　　1　总体设计方案

　　1.1　系统原理设计

　　本设计的系统原理如图1所示，共包括三轴加速度采集部分、模拟信号调理与转换部分、基于FPGA的数字信号处理与通信部分、电源部分和SpaceWire连接器部分。

　　加速度采集部分采集三个轴向的加速度数据，并输出与加速度值呈线性关系的模拟信号;模拟信号调理与转换电路对加速度采集部分输出的模拟信号进行调理、阻抗匹配和滤波，模数转换电路用来实现模拟量到数字量的转换;三轴加速度数据经过信号调理与转换之后到达FPGA，FPGA提供SpaceWire接口，并根据来自SpaceWire网络的指令控制模数转换的开启与关断，和采集数据的转存与读取。

　　1.2　SOPC系统设计

　　本设计通过在FPGA上 搭 建SOPC(system　onprogrammable　chip)，嵌入NIOSⅡ软核处理器的方式设计了支持RMAP协议的三轴加速度计，如图2所示。

　　SOPC共包括4个部分，分别是NIOS　II最小系统、AD控制模块AD_ctrl、SpaceWire接口模块SpW_inf、连接片外SRAM的三态桥Tri_bridge。在此基础上通过C语言开 发了RMAP协议函数库。