摘 要：在對AOS系統進行功能模塊劃分的基礎上,介紹了系統中一個非常關鍵的組成部分下行鏈路控制器。該方案采用我國自主知識產權的核心器件——方舟系列CPU芯片，在Linux操作系統下設計與實現下行鏈路控制器，并給出了其主要的工作流程。試驗結果表明該下行鏈路控制器較好地實現了多路數據的包裝與復用。 關鍵詞：AOS;下行鏈路控制器;方舟;包裝;復用 1.引言 　　隨著航天技術的進一步發展，于1982年成立的空間數據系統咨詢委員會（CCSDS）制定了以滿足復雜航天器的需要為目標的高級在軌系（AOS）體制和標準。目前該標準仍在不斷修正補充與發展。它是航天測控與通信進入國際合作時代的產物，也是航天測控與通信技術發展的必然。航天任務越來越具有強烈的國際性質，為合理開發與利用空間資源必須走國際合作的道路。我國的航天技術要走向世界，與AOS標準接軌是最好的選擇。 　　根據標準的相關要求，可以將AOS系統分成如下幾個主要部分：數據源、鏈路控制器、合路器/分路器信等。下行鏈路控制器在數據源端把待傳數據打包、復用成符合標準的包后發送給合路器后向下傳送。 　　由以上功能劃分來看下行鏈路控制器是整個系統中的關鍵設備，屬于空間鏈路層中的硬件實體，其作用相當于虛擬信道鏈路控制子層數據存取過程。 2.控制器的設計 　　AOS體制主要用于復雜航天器的數據系統中。復雜航天器需要傳輸的數據種類很多，有圖像、話音、數據、文件、電子郵件等，數據的碼速率也相差很大，從幾個bit/s到幾百兆bit/s，總信息量很大。AOS體制的特點是能夠對不同類型的數據采用不同的業務，而不同業務對數據的處理方法和格式是不同的。采用AOS體制的航天器數據系統最終將不同類型、不同速率的眾多數據匯合成統一的數據流，經過組織后送到空間物理信道進行傳輸。 　　采用AOS體制的航天器數據系統中，下行鏈路控制器存在于空間數據鏈路層的VCLC層中，其主要功能有：對數據系統產生的非CCSDS包（如非定界字符串，IPV6等）進行包裝, 生成包裝協議數據單元（E_PDU）,再進行多路復用生成多路復用協議數據單元（M-PDU），并使用虛擬信道存取子層的VCA業務，傳送其協議數據單元（ M-PDU ）給合路器。對用戶產生的數據（如CP_PDU，IPV4等），則直接被控制器復用生成多路復用協議數據單元（M-PDU），送給合路器。下行鏈路控制器的功能框圖如圖1所示。 [align=center] 圖1下行鏈路控制器的功能框圖[/align] 　　2.1幾種主要數據單元格式 3.控制器的實現 　　在控制器的實現平臺的選擇上我們使用了我國方舟（ARCA）科技公司GT2000嵌入式開發板，因為GT2000是方舟科技的一款基于方舟二號為核心的嵌入式CPU產品，是我國第一個具有自主知識產權CPU，它在主頻400MHZ下運行時最大功耗只有360毫瓦，具有高性能、低 　　-功耗的特點，對于研究具有我國自主知識產權的AOS的底層接口器件、關鍵模塊和設備具有重要的意義。GT2000提供兩個串口，一個以太網口及其他外設接口。鏈路控制器就是利用其提供的以太網口進行數據傳輸。同時由于GT2000內嵌Linux操作系統使進程間通信機制十分靈活,而且Linux 系統所提供的socket 通信接口和各種豐富的系統異步時間處理方式為我們在其上快速地處理數據提供了極大的方便。 　　根據前述控制器所完成的功能，我們在Linux 平臺上采用標準的C 語言進行實現。下行鏈路控制器的整體工作流程如圖2所示。首先系統監聽以太網端口，如果有用戶提出請求發送數據，則打開端口進行接收。然后判斷所接收的數據類型，如果數據類型為非CCSDSS格式的數據，由控制器的包裝模塊把數據封裝成包裝協議數據單元（B_PDU），發送給復用模塊;如果其他數據如（CP_PDU 、IPV4等），則直接發送給復用模塊。發送到復用模塊的數據經過復用，生成復用協議數據單元（M_PDU）發送給合路器。 [align=center] 圖2 控制器的整體工作流程[/align] 　　控制器工作過程中的包裝功能相對比較簡單，在此們不再贅述，而在復用模塊處理過程中為了必須設置M_PDU導頭域的首導頭指針來指示出M_PDU中第一個完整的包的位置,以便在接收端可方便的提取M_PDU包區的各個數據包。同時用戶數據被復用時，由于被復用數據是變長，生成的復用協議數據單元（M _PDU）為固定長。如果從用戶得不到足夠的數據單元，多路復用模塊需要產生適當長度的填充包（格式為CCSDS協議標準數據單元），填入M_PDU中，最短的填充包長度為7字節（6字節導頭，1字節填充數據），如果一個M_PDU中所需的填充數據小于7字節，則產生一個長為7字節的填充包，此包填滿這個M_PDU，然后溢出到下一下M_PDU中。首導頭指針賦值及填充工作流程如圖3所示。 [align=center] 圖3 首導頭指針賦值及填充工作流程圖[/align] 4.測試及驗證 　　鏈路控制器可以支持多路數據，首先在一臺PC機上模擬一些真實的數據：非定界字符串，IPV6、IPV4、CP_PDU，把PC機和控制器通過以太網口相聯，然后把PC機模擬的各種數據發送給控制器，控制器接收數據并進行識別處理。測試結果表明此控制器可以較好地進行多路數據的包裝與復用，無丟包現象，工作穩定，可靠。 5.結束語 　　本文介紹了基于國產芯片設計的AOS系統的下行鏈路控制器，采用該控制器可以較好的處理模擬的航天器數據，并且對數據傳輸中的一些關鍵技術進行了驗證，為今后進一步的研究打下了基礎。 　　本文作者創新點: 目前我國的AOS系統的應用主要還是依賴購買發達國家的成套設備，或采用國外知識產權的關鍵核心部件。本文采用國產芯片開發具有自主知識產權的AOS核心器件對我國今后航天發展有重要的意義。 參考文獻 　　[1]高可，單家元.基于LINUX的通用實時控制軟件設計[J].微計算機信息，2006，7-2：61-63. 　　[2]CCSDS 701.0-B-3: Advanced Orbiting Systems, Networks arid Data Links: Architectural Specification. Blue Book. Issue 3. June 2001. 　　[3]CCSDS 732.0-B-1: AOS Space Data Link Protocal. Blue Book. Issue 1. September 2003. 　　[4]CCSDS 700.0-G-3: Advanced Orbiting Systems, Networks and Data Links: Summary of Concept, Rationale and Performance. Green Book. Issue 3. November 1992. 　　[5]鄒思軼. 嵌入式Linux的設計與應用. 北京：清華大學出版社，2002. 　　[6]毛曙福. Linux C 高級程序員指南. 北京：國防工業出版社，2001.