編者按：

羅德與施瓦茨致力于提供衛(wèi)星全產(chǎn)業(yè)鏈測試解決方案。其中關(guān)于衛(wèi)星的星載平臺及相關(guān)測試，我們可以抽象為一張圖。如圖a所示，控制總線是非常重要的組成部分。

圖a：星載平臺測試圖

SpaceWire是衛(wèi)星特定協(xié)議，可在有效載荷上以及有效載荷與總線系統(tǒng)之間實現(xiàn)高度可靠的星上通信。R&S RTO示波器提供完整的SpaceWire測試方案。該示波器提供業(yè)內(nèi)唯一SpaceWire連續(xù)比特流的SpaceWire觸發(fā)和解碼同步算法。具體的測試架構(gòu)如圖b所示。

圖b：SpaceWire測試架構(gòu)圖

需要特別注意的是SpaceWire的后續(xù)技術(shù)體系為SpaceFibre，可提供更高的數(shù)據(jù)速率，每通道高達6.25 Gbit/s。R&S RTO示波器亦可提供SpaceFibre測試。

下面分享一篇R&S工程師參與撰寫的技術(shù)論文《衛(wèi)星SpaceWire鏈路的調(diào)試和驗證》，詳細呈現(xiàn)星載平臺中控制總線測試。本文為部分內(nèi)容，完整版英文原文可點擊下載。

#摘要

本文介紹了使用示波器對SpaceWire通信鏈路進行調(diào)試和驗證的方法。結(jié)合強大的解碼功能討論連續(xù)SpaceWire數(shù)據(jù)流的新觸發(fā)算法。SpW通信數(shù)據(jù)可以很容易地與衛(wèi)星上的功率和數(shù)字事件關(guān)聯(lián)。SpW數(shù)據(jù)和Strobe之間的偏移鏈路運行是比較嚴重的威脅。通過使用多種示波器功能，評估不同鏈路中的鏈路偏移量。此外，還將引入眼圖等合規(guī)測試功能。本文建議針對數(shù)據(jù)信號使用快速硬件實現(xiàn)的時鐘恢復(fù)來創(chuàng)建眼圖。

PART1簡介

在調(diào)試SpaceWire通信鏈路時，問題可能存在于協(xié)議棧的不同級別。因此，測試工程師也必須分析不同層級的通信。確定問題所在并不容易。如果問題看起來在物理層，最常見的分析工具是示波器。

圖1 展示了SpaceWire協(xié)議棧。在大多數(shù)示波器中，無法獲得SpaceWire解碼數(shù)據(jù)，只能獲得轉(zhuǎn)換時間、脈沖寬度、傳播延遲等。

圖1SpaceWire協(xié)議棧

如果問題不僅存在于物理層，那么調(diào)試任務(wù)就會變得更加困難。本文介紹了一臺可以覆蓋物理層以上的示波器因為除了基本的信號測量外，它還可以從SpaceWire信號中提取眼圖、解碼SpaceWire數(shù)據(jù)、并觸發(fā)SpaceWire字符。

PART2 SPACEWIRE觸發(fā)和解碼

解碼測量允許顯示捕獲信號的邏輯內(nèi)容。與協(xié)議分析器或網(wǎng)絡(luò)儀器不同，示波器只能解碼采集窗口中當前捕獲的內(nèi)容。在沒有通信握手信息的情況下，示波器上的解碼器選項必須找到其他方法來識別數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)包。SpaceWire沒有易于識別的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，因為數(shù)據(jù)包不是由規(guī)則的空格分隔的，也不是由特定的數(shù)據(jù)模式標記的。羅德與施瓦茨SpaceWire解碼器使用奇偶校驗位來對齊數(shù)據(jù)包，并使用了消除算法。為了使該算法工作，在采集窗口的開始需要至少110位無差錯數(shù)據(jù)。一旦對齊，解碼器就能夠識別所有SpaceWire數(shù)據(jù)包類型并將其呈現(xiàn)給用戶。

A圖形顯示

通過精準的設(shè)備診斷與維護，施家全新一代空氣斷路器系列產(chǎn)品可幫助大幅提升運維效率。

顯示數(shù)據(jù)的一種非常直觀的方式是在相應(yīng)的軌跡上顯示圖形。通過將每個數(shù)據(jù)包的開始和停止與信號對齊，用戶可以看到數(shù)據(jù)流中的哪些高/低轉(zhuǎn)換是特定數(shù)據(jù)包的一部分。當信號因信號劣化或其他錯誤（例如毛刺）而顯示錯誤時，這特別有用。

解碼器識別并標記此類錯誤。在SpaceWire的情況下， 這通常是奇偶校驗錯誤。使用縮放功能，用戶現(xiàn)在可以定 位和調(diào)查這些問題。

B結(jié)果表顯示

特別是對于大量數(shù)據(jù)采集，在結(jié)果表中顯示識別的數(shù)據(jù)包可能會更有幫助。結(jié)果表列出了所有解碼的數(shù)據(jù)包，包括開始/停止時間、（錯誤）狀態(tài)和值。

對于自動化或高級數(shù)據(jù)處理，可以使用遠程命令查詢此結(jié)果表，也可以簡單地將表導(dǎo)出為通用文件格式。

C搜索功能

Spacewire有很多小數(shù)據(jù)包。一個大的捕獲窗口可以很容易地產(chǎn)生數(shù)百個解碼的數(shù)據(jù)包。使用搜索功能，用戶可以過濾有趣的結(jié)果并忽略其他結(jié)果。

D觸發(fā)器功能

在信號流中，用戶如何識別一個有趣的區(qū)域？例如，某些罕見事件何時發(fā)生？這些可能是錯誤，也可能只是數(shù) 據(jù)傳輸?shù)拈_始或結(jié)束。這就是基于解碼器的觸發(fā)功能有幫助的地方。使用基本的邊緣觸發(fā)，此SpaceWire觸發(fā)功能可以識別任何總線活動，解碼數(shù)據(jù)，然后搜索所需的事件。重復(fù)此過程，直到檢測到至少一個事件。然后，在觸發(fā)標記處顯示本地化事件。圖2顯示了EOP觸發(fā)的一個示例，它是數(shù)據(jù)包的末尾（剛好在屏幕中心之后）。

圖2 EOP上顯示觸發(fā)器的圖形解碼器顯示器

可能的SpaceWire字符觸發(fā)器有：

? 控制——FCT、EEP、EOP或ANY

? DATA–任何值（相等、不相等或范圍）

? 無效的

? TIMECODE–任何值（相等、不相等或范圍）

? 錯誤-奇偶校驗或轉(zhuǎn)義錯誤

PART3 SPACEWIRE數(shù)據(jù)--選通偏移

SpaceWire在高比特率下的成功運行在很大程度上取決于整個網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)選通對之間的偏移。因為SpaceWire協(xié)議依賴于數(shù)據(jù)和選通信號的任何2個邊緣之間的最短時間 來進行正確解碼。為了確保這一點，SpaceWire標準確定在發(fā)射機和接收機之間的整個路徑上應(yīng)盡量減少偏移，其中包括：

數(shù)據(jù)/選通CMOS生成/傳播（源邏輯）

LVDS驅(qū)動器

LVDS驅(qū)動器和SpW連接器之間的PCB通路

SpaceWire電纜（和連接器）

SpW連接器和LVDS接收器之間的PCB通路

LVDS接收器

CMOS傳播和目標邏輯使用

SpW Rev 1[1]標準的附件1描述了如何進行一些“隔離” 測量，如僅驅(qū)動器、僅接收器、僅電纜等。只有當您可以 訪問所有單獨的組件/零件時，才有可能進行這些測量。

本文的方法是使用整個鏈路（驅(qū)動器、連接器、電纜 和接收器），以獲得該特定鏈路中的數(shù)據(jù)/選通偏移之和。

為了做到這一點，本節(jié)使用了9種不同的設(shè)備。在這9個設(shè)備之間的41個不同點對點鏈接中檢查了偏移。使用不同的電纜長度（1m、1m+1m、1m+2m）連接2個SpW設(shè)備。

本文比較了SpW DATA和Strobe之間自動測量偏移的兩種技術(shù)：

? 1.使用示波器內(nèi)置的SETUP和HOLD測量

? 2.創(chuàng)建一個MATH函數(shù)，它是DATA和STROBE的XOR。然后在此數(shù)學(xué)函數(shù)上測量高脈沖的持續(xù)時間。

如圖3所示，在SETUP/HOLD的情況下，時鐘斜率設(shè)置為“任一”[2]。這樣，示波器測量“時鐘”轉(zhuǎn)換到“數(shù)據(jù)”上的任意轉(zhuǎn)換之間的時間間隔。SETUP首先考慮數(shù)據(jù)更改，HOLD 首先考慮時鐘更改。如果將SpaceWire數(shù)據(jù)分配給示波器時鐘或數(shù)據(jù)，則無關(guān)緊要。在這兩種情況下，都將測量STROBE的任何邊到DATA的任何邊之間的時間距離（反之亦然）。

圖3 SETUP/HOLD測量的范圍設(shè)置

在具有DATA和STROBE的通道之間使用MATH XOR函數(shù)的情況下，可以測量高（正）或低（負）脈沖，這也指示了DATA和STRUBE邊緣在“任何方向”上的時間間隔。

在這兩種情況下（SETUP/HOLD和MATH XOR）都啟用了測量統(tǒng)計，這樣我們就可以檢測到一段時間內(nèi)出現(xiàn)的最大值。為了獲得更好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我們等待范圍至少包含10000個事件。

在圖4中，有Math XOR上的SETUP和HOLD以及正脈沖的測量值。一組用于通道1和2，另一組用于信道3和4。在這一特定案例中，共發(fā)生了11454起事件。

圖4 SKEW相關(guān)測量范圍

T1和T6是LVDS收發(fā)器。如圖5所示，通道1和2有來自T6驅(qū)動器的信號，通道3和4有來自T1的信號。它們之間有1 米長的SpaceWire電纜。在這個例子中，兩次測量都是在T6側(cè)（或靠近T6驅(qū)動器/接收器）進行的。

圖5 SKEW測量的物理設(shè)置

表I顯示了T6/T1通信對的SETUP/HOLD和MATH XOR結(jié)果，如圖5所示。

表I. SETUP/HOLD和XOR比較

通道1和2的測量偏移約為0.5ns，通道3和4的測量偏移 為0.7ns。對于通道1和2，從“SETUP/HOLD方法”和“MATH XOR方法”獲得的值之間的差異為0.15ns，對于通道3和4，差異為0.28ns。

在表二中，我們可以看到在所有41個點對點鏈路上使用的兩種方法之間的比較。該表顯示 了使用SETUP/HOLD和MATH/XOR方法測量的偏移之間的差異。在這種情況下：

?使用了9臺設(shè)備，所有鏈路均為200Mbps

?測量是在接收器側(cè)進行的

?采用不同的電纜長度（1m、1m+1m、1m+2m）進行測量

表二 41個鏈路的偏移接近差異

考慮到測量的所有41個鏈路，兩種方法之間的最大差值為1m SpW電纜0.4ns，3m SpW電纜0.65ns。

考慮到探頭帶寬，這可以被認為很小。因此，我們可以得出結(jié)論，這兩種方法都等效于檢測SpaceWire鏈路中DATA和STROBE之間的SKEW。

PART4 SPACEWIRE眼圖

眼圖對于確定許多高速通信鏈路的質(zhì)量非常重要。SpaceWire在這方面沒有什么不同。除了反映鏈路組件中存在的各種偏移外，眼圖還提供了旭東抖動測量的結(jié)果。對于本節(jié)測量：

以不同組合使用的10臺設(shè)備

使用示波器測量眼圖（自動設(shè)置）

測量的眼高（mV）、眼寬（ns）和Q因子

盡可能使用200Mbps。一個設(shè)備（T4）限制為 100Mbps，另一個限制為40Mbps

無電纜測量（靠近驅(qū)動器和接收器），但也有不同的電纜長度（1m、1m+1m、1m+2m）

圖6顯示了使用3m SpaceWire電纜的兩個LVDS收發(fā)器T1 之間的SpaceWire 眼圖。

圖6 眼圖——T1至T1，帶3m電纜（在RX側(cè)測量）

表3顯示了3種不同設(shè)置的眼圖測量結(jié)果。

表III. 眼圖結(jié)果——3種設(shè)置中的T1至T1

除了如前所述的眼圖測量外，還可以在眼圖內(nèi)設(shè)置模 板。眼圖模板用于確定信號是否保持在指定范圍內(nèi)。因此， 可以看到任何違規(guī)行為或確定違規(guī)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

PART5 SPW與電流值相關(guān)活動

在本節(jié)中，我們使用R&S RT-ZVC02多通道功率探頭測量了2個不同點的電流。在某些情況下，將信號和消息與功耗相關(guān)聯(lián)是有用的。該探頭允許我們使用4個差分模擬探頭并行執(zhí)行2個電流和2個電壓測量。

圖7顯示了SpaceWire斷開連接時，其中根據(jù)協(xié)議狀態(tài) 機存在“靜默交換”。除了2個設(shè)備的2個SpaceWire信號外，我們還有2個電流測量值，總共6個信號。

在下面的示例中，Z1.I1上的電流從34.6降至31.4mA，Z1.I2上的電流則從11.1降至7.9mA。

圖7 SpW斷開連接時電流下降

使用ZOOM功能，可以觀察到4個信號波形的詳細信息。還可以在SpaceWire兩側(cè)啟用DECODE，以檢查SpaceWire鏈路初始化期間交換的所有字符，如圖8所示。這是SpW DECODE使用的另一個很好的例子。

圖8 SpaceWire鏈路初始化

在每側(cè)進入運行狀態(tài)后，傳輸速率從10 Mbps切換到 200 Mbps。

綜上所述

本文介紹了R&S示波器上SpaceWire的相關(guān)功能。SpaceWire DECODE功能能夠在屏幕上顯示SpaceWire字符， 同時用戶可以注意過渡時間和故障等問題。SpaceWire觸 發(fā)功能允許用戶查找特定的數(shù)據(jù)、控制字符或罕見事件 （例如奇偶校驗錯誤）。 提出并比較了兩種測量SpaceWire 數(shù)據(jù)選通偏移的方法，結(jié)果是等效的。從SpaceWire數(shù)據(jù)和選通信號中提取了EYE圖，顯示了偏移和抖動的組合效應(yīng)。研究了不同電纜長度對SKEW測量和眼圖的影響。 SpaceWire消息（解碼）、SpaceWire信號（模擬）和功耗之間的相關(guān)聯(lián)也被證明是一個強大的工具。 將所有這些不同的使用場景放在一起，我們可以得出結(jié)論，示波器適用于調(diào)試與SpaceWire較低層協(xié)議棧相關(guān)的問題。

聯(lián)合作者：

Daniel Lazari, Alexsander Deucher, Angela Santos,Saulo Finco

CITAR Project - CTI

Campinas, Brazil

Armin Horn1, Matthias Beer2, Volker Ohlen2

Rohde & SchwarzTest & Measurement Division

Beaverton, USA1- Munich, Germany2

羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)涵蓋測試測量、技術(shù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，致力于打造一個更加安全、互聯(lián)的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發(fā)展尖端技術(shù)，不斷突破技術(shù)界限。公司領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務(wù)。