高速SpaceWire路由器的设计研究

SpaceWire是由欧航局所提出的高速高可靠性的航空总线标准。首先论述了基于SpaceWire标准的航空总线路由器IP核的设计与实现。SpaceWire路由器由SpaceWire接口和SpaceWire路由开关组成,文中分别介绍了这两部份的设计,并对SpaceWire路由开关的设计提出了新的架构,最后的实验结果说明了所设计的8端路由器的速度达到了200 Mb/s。

一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术

为满足航天器有效载荷间高速数据多路传输未来发展和空间抗辐射的需求,研究了一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术。在SpaceWire总线标准网络层分析的基础上,对cell矩阵无阻塞路由增添HanMing编码实现纠一检二,当检测出大于一个错误不能纠正时,采用局部重构的方式对有误的单个cell单元进行三重冗余重构,同时采用Partition Pin来代替传统的总线宏作为静态模块和动态模块的传输枢纽,并对容错前后路由器的资源和延时时间进行了评估和比较。实验结果表明,比将整个路由cell矩阵三模冗余,该方法能够节约硬件资源和减少延迟时间。

使用FPGA设计高可靠SpaceWire路由器

为了提高系统的可靠性和可用性,提出一种基于静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory,SRAM)型现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的SpaceWire路由器设计方法。路由器通过系统级三模冗余技术加固,采用基于位流重定位的动态部分刷新技术修复系统中发生的软故障,并提出一种基于工作输入和健康现态的实时状态同步方法,以确保故障模块修复后的状态与其他模块同步。因此,该系统能够进行错误掩蔽和自我修复。在Xilinx Virtex-5 FPGA开发板ML507上对所提出的路由器系统结构和设计方法进行实现和验证。实验结果表明,路由器的可靠性和可用性显著增加,且系统的实时性很好,能保证路由器在整个工作过程中提供正常服务而不会引起系统功能中断或延迟;位流重定位技术的采用将所需存储空间减少三分之二,同时也降低了原始位流本身故障的可能性。

基于FPGA的SpaceWire路由器设计

针对SpaceWire的应用需求,在对SpaceWire标准协议及其路由机制介绍的基础上,设计并实现了1种SpaceWire路由器。路由器以FPGA为核心,带有8个SpaceWire链路接口、2个USB总线接口以及1个Time_Code接口,采用Verilog HDL硬件描述语言设计开发SpaceWire路由器IP核。经过对SpaceWire路由器数据传输的可靠性和实时性测试,结果表明SpaceWire路由器通信速率可达200 Mb/s,数据传输具有较高的可靠性和实时性。

SpaceWire路由器动态加权轮询仲裁器的设计与实现

研究了SpaceWire路由器中使用的仲裁机制,提出了一种动态加权轮询仲裁算法,并且依据这一算法设计了仲裁器模块.动态加权轮询仲裁算法是基于优先级算法和轮询算法混合的仲裁策略,它的特点是避免了优先级算法中,高优先级的端口在提出数据转发请求后独占输出端口的情况,同时也解决了轮询算法中各个端口获取服务的权重过于平均的问题,路由器可以根据与之连接的不同有效载荷的性能要求,分配基础权重,具有较高实时性要求的有效载荷能及时转发数据,降低延迟时间.最后介绍了仲裁器模块的设计与实现.

星载SpaceWire路由器的研究与设计

为满足航天器有效载荷间高速数据多路传输的未来发展需求,该文研究提出了基于SpaceWire的星载数据路由的设计方案。在SpaceWire总线标准网络层分析的基础上,结合虫孔路由原理构建路由器内部结构,提出了采用无阻断交差开关的SpaceWire路由器设计方案。在Simulink环境下建立了路由器仿真模型,并通过BWR解决了虫孔路由阻塞机制带来的刹车问题,使路由器的满负荷通信下的平均丢包率减少了70%。

基于SpaceWire路由的节点速率约束条件分析

随着星载总线技术的发展,Space Wire在国内外航天任务中的应用越来越广泛,Space Wire网络中的节点数也越来越多。在Space Wire网络中,如果没有对各源端节点速率进行合理规划,在传输过程容易出现丢失数据包的现象。根据Space Wire路由的特点,在多个源端节点共享同一个路由器输出端口情况下,给出了各源端节点原始数据速率、源端节点链路速率和路由器输出端口链路速率之间的约束条件,在Space Wire数据包传输路径确定的情况下,可根据该速率约束条件迅速判断Space Wire网络中各节点之间的数据传输是否合理可行。

高速SpaceWire路由开关设计

SpaceWire总线是欧空局2003年推出的一种高速、点对点、全双工的串行总线协议。自提出以来,SpaceWire以其在错误检测、异常处理、故障保护和故障恢复及时间确定性方面所表现出来的良好特性被广泛应用于航天领域。目前,SpaceWire技术在Mars Express、Rosetta Spacecraft和Smart-1等多个空间任务中都得到了成功应用。本文提出了一种8端口高速SpaceWire路由开关的设计,该路由开关的数据传送率可达到200Mb/s。

带缓冲的Spacewire路由器开关研究与设计

目的分析部分Spacewire路由器的交换开关中可能存在数据传输的"刹车"问题所引起的传输数据丢失,并提出一种解决方案。方法带缓冲的虫孔路由技术(BWR)。结果分析发现"刹车"问题导致的传输数据包丢失的原因,并提出利用带缓冲的虫孔路由技术构建Spacewire路由器开关的解决方案。结论使用带缓冲的虫孔路由技术构建的Spacewire路由器开关可以解决数据传输中的"刹车"问题。

基于Cell矩阵的SpaceWire无阻塞路由器设计及验证

为满足航天器有效载荷间高速数据多路传输的未来发展需求,对基于SpaceWire总线协议的星载数据路由的设计方案进行了研究;在SpaceWire总线标准网络层分析的基础上,提出了基于输出端口错位和时间片循环调度的cell矩阵的无阻塞路由,通过Cell矩阵输出端错位以及时间片循环调度的方法来避免输入端口和输出端口优先级的判别,以此简化算法,减少硬件开支和缩短时间延时,同时在Virtex-5FX开发板上搭建了硬件平台,进行了整个系统的验证,软核的频率能够达到75MHz。

运用定理证明的形式化方法验证SpaceWire编码电路

我国空间太阳望远镜(SST)项目采用了SpaceWire作为传输总线,目前针对SpaceWire总线的验证主要采用测试和模拟等传统的方法,这类验证方法是不完备的.本文旨在对SST项目中SpaceWire总线的DS编码电路是否如实地实现标准中的规范要求进行验证,运用定理证明的形式化方法,在HOL4工具上对该电路的设计实现与规范要求的一致性进行验证,克服了传统验证方法的局限性.

航天器通用SpaceWire总线路由单元的研究与实现

为满足日益增长的航天器各系统间高速数据多路传输的需求,对SpaceWire高速数据总线特点进行了研究,提出了一种航天器通用SpaceWire总线路由单元的设计方法,采取了标准化SpaceWire总线接口,支持多个SpaceWire接口的自适应路由功能,可实现组网设备的即插即用;同时采用中央控制器进行高级协议算法处理,支持网络分布式中断管理功能,实现网络节点的事件触发式交互控制功能,总线数据包能够按照配置参数能够在任意SpaceWire端口间的一对一路由传输、一对多组播传输;经试验测试路由单元可以支持路由端口数最多达18个,每路接口工作速率最大可达到200Mbps,其提供的通用功能能够满足大部分航天器SpaceWire网络的需求。

Spacewire通讯路由器单粒子功能中断测试系统研究

随着大规模集成电路在航天器中的广泛应用,器件单粒子效应的抗辐射性能成为了航天器在太空中安全运行的关键性因素.对超大规模集成电路抗辐射性能的评价显得越来越重要.针对一款Spacewire通讯路由器,根据其工作原理,搭建一套单粒子功能中断测试系统,对系统进行了验证,评估了该器件的抗辐射性能.

不同手术入路对复杂胫骨平台双髁骨折患者临床指标及功能恢复的影响

目的比较不同手术入路对复杂胫骨平台双髁骨折患者临床指标及功能恢复的影响,探讨复杂胫骨平台双髁骨折的治疗方案。方法以2019年6月至2022年6月新疆医科大学第六附属医院诊治的115例复杂胫骨平台双髁骨折患者为研究对象,选择其中实施内侧联合前外侧入路手术患者60例为观察组,选择前外侧入路手术患者55例为对照组。评价两组围手术期临床指标、纽约特种外科医院膝关节评分(HSS)和Rasmussen膝关节功能评分及并发症发生情况。结果治疗后,观察组患者切口长度、住院时间长于对照组,术中出血量低于对照组,骨折愈合时间短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术前两组患者HSS评分、Rasmussen评分差异无统计学意义(P>0.05);术后6个月,两组患者HSS评分、Rasmussen评分均较治疗前升高,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。两组患者并发症发生率差异无统计学意义(P>0.05)。结论相比于前外侧入路,内侧联合前外侧入路方式可有效缩短复杂胫骨平台双髁骨折患者骨折愈合时间,术中出血量少,更有利于患者术后恢复,且HSS评分、Rasmussen评分更高,膝关节功能恢复更好。

经额入路和经颞入路神经内镜下血肿清除术用于高血压基底节区脑出血效果对比分析

目的对比观察经额入路和经颞入路神经内镜下血肿清除术用于高血压基底节区脑出血(HBGH)的临床效果。方法选取2019年1月至2022年12月在广西贵港市人民医院接受治疗的HBGH的患者180例,将其中接受经额入路血肿清除术治疗的88例患者为观察组,接受经颞入路血肿清除术治疗的92例患者为对照组。对比两组患者住院时间、手术时间、意识清醒时间及血肿清除率;对比两组术前及术后1、3个月美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)及日常生活功能量表(ADL)评分;比较两组患者术后3个月并发症的发生情况及术后6个月的预后情况。结果两组患者的住院、手术时间及意识恢复时间比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组患者血肿清除率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组患者术后1、3个月神经功能NIHSS评分低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组患者术后1、3个月ADL评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术后3个月,两组并发症发生率差异无统计学意义(P>0.05)。术后6个月,观察组患者预后优良率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论相较经颞部神经内镜下血肿清除术,经额部神经内镜下血肿清除术能提高HBGH患者血肿清除率,改善神经功能及生活能力,且能更好地改善预后。

不同钉棒内固定方式在腰椎侧路融合中的有限元力学分析

背景:考虑到脊柱固定的稳定性,目前临床在进行侧路椎间融合时大多采用后路双边椎弓根螺钉固定的手术方式,且多数为两期手术完成。侧卧位的后路单侧、侧方椎体钉棒固定的固定方式,也有可能会提供较好的力学稳定性,所带来的手术时间缩短、风险与花费降低等获益考量值得进一步研究。目的:比较4种不同侧路椎间融合内固定方式的生物力学特性。方法:建立正常L3-5有限元模型,在验证其有效性基础上模拟4种不同内固定方式,即后路双侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model A)、后路单侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model B)、侧路双侧螺钉+侧路融合模型(Model C)及侧路单侧螺钉+侧路融合模型(Model D)。分别比较各模型在生理活动范围下的稳定性、螺钉内固定和椎间融合器的应力差异。结果与结论:①对所有重构模型,在融合节段(L4-5)的活动范围均显著下降,Model A的活动范围下降更明显;②在模型的屈伸、侧屈和轴向旋转运动状态,侧路置钉的峰值应力与后路置钉的峰值应力的差异分别超过67.74 MPa、80.10 MPa和43.95 MPa;③在不同重建模型内固定应力分布方面,Model A和Model B螺钉的应力分布主要集中在椎弓根螺钉的体部,而Model C和Model D的峰值应力主要集中在螺钉的尾部;④提示Model A能够获得最好的稳定性,并且能够降低cage下沉及移位的风险;而Model B亦能够提供较好的稳定性,在保证稳定和固定的前提下能成为侧路融合的替代选择;⑤此外在选择侧路置钉的内固定时,Model C能获得与Model D相似的效果,但在临床诊疗上面对腰椎后伸不稳定的患者需谨慎选择侧路的单侧内固定,亦应避免过度后伸以降低螺钉松动和疲劳断裂的发生率。

3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用

目的探讨3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用价值。方法回顾性分析67例接受腓骨头上入路治疗的复杂胫骨平台后外侧骨折患者的临床资料,根据术前是否采用3D打印模拟手术将患者分为3D打印组35例和常规组32例。比较2组患者的手术时间、术中出血量、术中透视次数,观察术后切口感染、腘血管损伤、腓总神经损伤等并发症发生情况。随访骨折愈合时间,术后6个月评估Rasmussen评分,末次随访时评估美国特种外科医院(HSS)膝关节功能评分。结果67例患者随访时间为14~22个月;2组各有1例患者发生术后切口感染,均未发生腘血管损伤、腓总神经损伤、下肢深静脉血栓等并发症;3D打印组患者手术时间、术中出血量、术中透视次数均短于或少于常规组,差异有统计学意义(P<0.05);2组患者骨折愈合时间、术后6个月Rasmussen评分、末次随访时HSS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印技术应用于复杂胫骨平台后外侧骨折患者的腓骨头上入路治疗中,可以优化手术方案,缩短手术时间,减少术中出血量和透视次数。

风电场集电线路单相接地故障柔性电压消弧与动态保护新原理

为解决风电场集电系统长期存在的线路单相接地故障处理难题,提出风电场中性点柔性接地方式,理论推导获得柔性接地风电场三序等效电路,与集电线路单相接地故障复合序网模型,建立风电场零序电压柔性调控理论,提出集电线路单相接地故障柔性电压消弧方法,可主动将故障点电压及故障残流迅速抑制到零,实现单相接地故障电弧的可靠消除。进一步提出基于零序电流动态增量的高阻故障辨识与保护方法,通过柔性调控零序补偿电流,逐渐放大故障残流,实现永久性单相接地故障的灵敏感知与保护。利用PSCAD/EMTDC搭建含双馈异步风电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)的规模化风电场模型,模拟多种运行与故障条件对所提方法进行验证,仿真结果表明,该方法能够在考虑系统不平衡电压的情况下精准调控集电线路故障点电压,实现瞬时性单相接地故障快速可靠消弧,动态感知并持续抑制永久性单相接地故障残流,实现集电线路高阻接地故障的灵敏保护。该技术有望提升风电场运行灵活性与故障防御能力,有力保障新能源电能外送的持续性、可靠性。

改良无充气经单侧锁骨下入路腔镜甲状腺全切除术治疗甲状腺乳头状癌的临床分析

目的探讨改良无充气经单侧锁骨下入路腔镜甲状腺全切除术治疗甲状腺乳头状癌的可行性和安全性。方法回顾性分析2022年3月至2023年6月在浙江大学医学院附属邵逸夫医院头颈外科接受改良无充气经单侧锁骨下入路腔镜甲状腺全切除术的82例甲状腺乳头状癌患者的临床资料。结果所有手术均在腔镜下顺利完成,无中转开放手术。平均甲状腺乳头状癌的最大直径为(6.6±5.4)mm,平均手术时间(156.5±32.7)min,清扫的中央区淋巴结数目为(12±6.4)枚,术后住院时间为(3.3±1.2)d。术后暂时性甲状旁腺功能减退2例,暂时性声音嘶哑6例,均在术后1月恢复正常,术后出血1例。无永久性喉返神经损伤、永久性甲状旁腺功能减退及切口感染发生。随访过程中无肿瘤局部残留或复发。结论在合理选择病例的前提下改良无充气经单侧锁骨下入路腔镜下行甲状腺全切除手术安全可行,中央区淋巴结清扫彻底,颈前区功能保护好,有临床应用价值。

基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制

双馈风电机组并网比例不断提高,加剧了电网遭遇外部故障导致规模化脱网问题。文章介绍了现有风机故障穿越控制方案的原理,考虑到频繁投切直流卸荷电路电阻易引起电压波形畸变、超级电容器控制方案成本过高等问题,提出了基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制方案。该方案将卸荷电阻通过DC/DC变换器与直流母线相连,在控制电路中引入有功功率-直流母线电压的下垂控制环节,实现故障期间电路电阻吸收功率的动态调节,同时设置高、低电压穿越两种模式,根据并网点电压变化情况自主启动。最后,在Matlab/Simulink中对智能卸荷电路控制策略进行验证。仿真结果表明,基于智能卸荷电路的风电机组故障穿越控制策略在直流母线电压抑制、电压恢复所需时间、转子电流畸变程度和方案经济成本等方面具有优势。