关键词：AOS;下行链路控制器;方舟;包装;复用
1.引言
随着航天技术的进一步发展，于1982年成立的空间数据系统咨询委员会（CCSDS）制定了以满足复杂航天器的需要为目标的高级在轨系（AOS）体制和标准。目前该标准仍在不断修正补充与发展。它是航天测控与通信进入国际合作时代的产物，也是航天测控与通信技术发展的必然。航天任务越来越具有强烈的国际性质，为合理开发与利用空间资源必须走国际合作的道路。我国的航天技术要走向世界，与AOS标准接轨是最好的选择。
根据标准的相关要求，可以将AOS系统分成如下几个主要部分：数据源、链路控制器、合路器/分路器信等。下行链路控制器在数据源端把待传数据打包、复用成符合标准的包后发送给合路器后向下传送。
由以上功能划分来看下行链路控制器是整个系统中的关键设备，属于空间链路层中的硬件实体，其作用相当于虚拟信道链路控制子层数据存取过程。
2.控制器的设计
AOS体制主要用于复杂航天器的数据系统中。复杂航天器需要传输的数据种类很多，有图像、话音、数据、文件、电子邮件等，数据的码速率也相差很大，从几个bit/s到几百兆bit/s，总信息量很大。AOS体制的特点是能够对不同类型的数据采用不同的业务，而不同业务对数据的处理方法和格式是不同的。采用AOS体制的航天器数据系统最终将不同类型、不同速率的众多数据汇合成统一的数据流，经过组织后送到空间物理信道进行传输。
采用AOS体制的航天器数据系统中，下行链路控制器存在于空间数据链路层的VCLC层中，其主要功能有：对数据系统产生的非CCSDS包（如非定界字符串，IPV6等）进行包装, 生成包装协议数据单元（E_PDU）,再进行多路复用生成多路复用协议数据单元（M-PDU），并使用虚拟信道存取子层的VCA业务，传送其协议数据单元（ M-PDU ）给合路器。对用户产生的数据（如CP_PDU，IPV4等），则直接被控制器复用生成多路复用协议数据单元（M-PDU），送给合路器。下行链路控制器的功能框图如图1所示。
图1下行链路控制器的功能框图
2.1几种主要数据单元格式
3.控制器的实现
在控制器的实现平台的选择上我们使用了我国方舟（ARCA）科技公司GT2000嵌入式开发板，因为GT2000是方舟科技的一款基于方舟二号为核心的嵌入式CPU产品，是我国第一个具有自主知识产权CPU，它在主频400MHZ下运行时最大功耗只有360毫瓦，具有高性能、低
-功耗的特点，对于研究具有我国自主知识产权的AOS的底层接口器件、关键模块和设备具有重要的意义。GT2000提供两个串口，一个以太网口及其他外设接口。链路控制器就是利用其提供的以太网口进行数据传输。同时由于GT2000内嵌Linux操作系统使进程间通信机制十分灵活,而且Linux 系统所提供的socket 通信接口和各种丰富的系统异步时间处理方式为我们在其上快速地处理数据提供了极大的方便。
根据前述控制器所完成的功能，我们在Linux 平台上采用标准的C 语言进行实现。下行链路控制器的整体工作流程如图2所示。首先系统监听以太网端口，如果有用户提出请求发送数据，则打开端口进行接收。然后判断所接收的数据类型，如果数据类型为非CCSDSS格式的数据，由控制器的包装模块把数据封装成包装协议数据单元（B_PDU），发送给复用模块;如果其他数据如（CP_PDU 、IPV4等），则直接发送给复用模块。发送到复用模块的数据经过复用，生成复用协议数据单元（M_PDU）发送给合路器。
图2 控制器的整体工作流程
控制器工作过程中的包装功能相对比较简单，在此们不再赘述，而在复用模块处理过程中为了必须设置M_PDU导头域的首导头指针来指示出M_PDU中第一个完整的包的位置,以便在接收端可方便的提取M_PDU包区的各个数据包。同时用户数据被复用时，由于被复用数据是变长，生成的复用协议数据单元（M _PDU）为固定长。如果从用户得不到足够的数据单元，多路复用模块需要产生适当长度的填充包（格式为CCSDS协议标准数据单元），填入M_PDU中，最短的填充包长度为7字节（6字节导头，1字节填充数据），如果一个M_PDU中所需的填充数据小于7字节，则产生一个长为7字节的填充包，此包填满这个M_PDU，然后溢出到下一下M_PDU中。首导头指针赋值及填充工作流程如图3所示。
图3 首导头指针赋值及填充工作流程图
4.测试及验证
链路控制器可以支持多路数据，首先在一台PC机上模拟一些真实的数据：非定界字符串，IPV6、IPV4、CP_PDU，把PC机和控制器通过以太网口相联，然后把PC机模拟的各种数据发送给控制器，控制器接收数据并进行识别处理。测试结果表明此控制器可以较好地进行多路数据的包装与复用，无丢包现象，工作稳定，可靠。
5.结束语
本文介绍了基于国产芯片设计的AOS系统的下行链路控制器，采用该控制器可以较好的处理模拟的航天器数据，并且对数据传输中的一些关键技术进行了验证，为今后进一步的研究打下了基础。
本文作者创新点: 目前我国的AOS系统的应用主要还是依赖购买发达国家的成套设备，或采用国外知识产权的关键核心部件。本文采用国产芯片开发具有自主知识产权的AOS核心器件对我国今后航天发展有重要的意义。
参考文献
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