CN102096657B

CN102096657B - 一种基于soc的微型信息处理模块

Info

Publication number: CN102096657B
Application number: CN2010105867679A
Authority: CN
Inventors: 董立珉; 徐国栋; 曹喜滨; 曹星慧; 李化义; 陈健; 潘瑞
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: CN102096657A

Abstract

一种基于SOC的微型信息处理模块，属于航天应用领域，本发明为解决现有卫星电子系统体积大、重量重、功能密度低、接口复杂的问题。本发明包括ARM处理器、接口处理器、射频集成电路、低噪声放大器及功放模块和第一CAN控制器，ARM处理器的数据地址总线与系统总线连接，ARM处理器通过第一CAN控制器与CAN总线连接，接口处理器的数据地址总挂接在系统总线上，接口处理器连接在CAN总线上，接口处理器的射频通信端口与射频集成电路的数据通信端相连，射频集成电路的信号接收和发射端通过低噪声放大器及功放模块与天线相连；接口处理器的数据输出输入端与ARM处理器的接口数据输入输出端连接。

Description

一种基于SOC的微型信息处理模块

技术领域

本发明涉及一种基于SOC的微型信息处理模块，属于航天应用领域。

背景技术

小卫星编队飞行是目前国内外研究的一块崭新的领域，多颗小卫星编队飞行，共同执行空间任务，来完成单颗大卫星完成的任务，可以大大地提高系统的抗干扰性能和抗摧毁能力。但这同时对微小卫星的重量、体积、功能密度、功耗等指标也提出了新的要求。在通常的卫星设计中，星载机算机、姿轨控计算机、测控应答机等电子系统分别独立，依靠复杂的接口进行信息的传输，这就增大了小卫星的重量、体积和功耗，并且分系统间接口设计复杂，电磁兼容性不好，且分系统间集成、测试较为复杂，对测试设备要求较高。

发明内容

本发明目的是为了解决现有卫星电子系统体积大、重量重、功能密度低、接口复杂的问题，提供了一种基于SOC的微型信息处理模块。

本发明包括ARM处理器、接口处理器、射频集成电路、低噪声放大器及功放模块和第一CAN控制器，

ARM处理器的数据地址总线与系统总线连接，ARM处理器通过第一CAN控制器与CAN总线连接，接口处理器的数据地址总挂接在系统总线上，接口处理器连接在CAN总线上，接口处理器的射频通信端口与射频集成电路的数据通信端相连，射频集成电路的信号接收和发射端通过低噪声放大器及功放模块与天线相连；接口处理器的数据输出输入端与ARM处理器的接口数据输入输出端连接。

本发明的优点：

1)采用了SOC技术，将星务管理功能、姿态轨道控制、自主导航功能等功能集成于一体；

2)集成了微型航天器的通用功能，实现了系统资源的优化配置与共享，简化了系统接口和集成测试环节；

3)具有标准化、可扩展的对外接口，包括CAN总线接口、无线通信接口、串行接口、A/D和D/A接口以及供电接口等；

4)适应不同有效载荷，通过外部资源的优化配置，真正实现面向有效载荷的一体化设计与柔性化集成；

5)具有星间通信能力，满足微型航天器分布式空间应用的需求。

附图说明

图1是本发明所述基于SOC的微型信息处理模块结构示意图；

图2是本发明所述基于SOC的微型信息处理模块在星上系统上与其它组件的连接结构示意图；

图3是接口处理器扩展485接口示意图；

图4是接口处理器扩展CAN接口示意图；

图5是接口处理器扩展射频接口示意图；

图6是接口处理器扩展AD/DA接口示意图；

图7是ARM处理器和接口处理器的OC命令接口设计示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述基于SOC的微型信息处理模块包括ARM处理器1、接口处理器2、射频集成电路3、低噪声放大器及功放模块4和第一CAN控制器5，

ARM处理器1的数据总线与系统总线连接，ARM处理器1通过第一CAN控制器5将与CAN总线连接，接口处理器2的数据地址总挂接在系统总线上，接口处理器2连接在CAN总线上，接口处理器2的射频通信端口与射频集成电路3的数据通信端相连，射频集成电路3信号接收和发射端与低噪声放大器及功放模块4和天线相连；接口处理器2的数据输出输入端与ARM处理器1的接口数据输入输出端连接。

本实施方式所述基于SOC的微型信息处理模块具有重量小，体积小，高功能密度，能够适应编队飞行环境的特性，利用嵌入式技术及SOC技术，集微型航天器数据采集、信息处理、系统控制、姿态与轨道测量、星间与星地通信、自第一运行管理和自第一导航功能于一体的高功能密度通用核心模块，具有CAN总线和标准化的对外接口，可以快速灵活地适配不同有效载荷，实现面向飞行任务的柔性化集成；具有批量化生产的优势，可以实现微型航天器研制的低成本和短周期；具有高效的星间通信功能，基于“微型信息处理单元”集成的多颗微型航天器，可以灵活地实现分布式空间应用，极大地增强了传统星载电子系统的计算及处理能力和功能密度。

ARM处理器1采用型号为AT91FR40162的处理器。

型号为AT91FR40162的ARM处理器1为电子系统的核心，通过CAN总线向姿态测量组件发送指令，并采集姿态测量组件的数据进行姿态计算，并通过数据及通信状态等对姿态测量组件的状态进行判断，根据状态完成姿态测量组件的管理；同时，作为载荷通过串口484总线与星载计算机通信，接收星载计算机的管理。ARM处理器1内嵌了ucos II实时操作系统，实现了485总线通信、姿态计算与姿态测量组件管理等的多任务管理。

接口处理器2采用C8051F040型号单片机。接口处理器2可扩展多种接口，ARM处理器1本身也具有一些接口，具体包括以下几种：

1)USART0：异步串行接口(P0.0：TXD0，P0.1：RXD0)，用于系统总线接口，外扩MAX483器件，采用P0.4(#RE)，P0.5(TE)，P0.6(#RE)控制MAX483的收发使能。

2)CAN接口：CAN总线选用内部CAN总线，CAN控制器接口芯片选用82C250，82C250的RS引脚接P4.1。如图4所示，通过CAN总线管理姿态测量组件，采集姿态测量组件的参数进行计算，并对姿态测量组件实施自主管理；

3)射频接口：P2.0(CE-T)，P2.1(CS-T)，P2.2(DATA-T)，P2.3(CLK1-T)，P2.4(CE-R)，P2.5(CS-R)，P2.6(DATA-R)，P2.7(CLK1-R)，P4.0(DR1-R)。

4)USART1：异步串行接口(P0.2：TXD0，P0.3：RXD0)，用于与AT91FR40162的串行接口通信，直接互连即可。

5)A/D，用于电压等模拟量采集，A/D提供电压测量输入(1-4路)；

6)OC接口：AT91与C8051联合提供OC接口；

7)内部温度传感器，占用一路AD，采集温度信息，可根据温度信息进行温度控制；

8)485总线，通过串口485总线接收执行来自星载计算机的指令，并可采集整星电源分系统、姿轨控分系统及其他系统的参数。

接口处理器2的可扩展对外接口包括CAN总线接口、485总线接口、A/D转换接口、D/A转换接口、OC接口及射频通信接口。

它还包括单片机6和第二CAN控制器7，单片机6一端挂接在系统总线上，单片机6通过第二CAN控制器7将另一端挂接在CAN总线上。单片机6采用型号为80C31的单片机。

80C31为冗余设计，作为系统可靠性的保障，当C8051和AT91故障时，仍可完成姿态测量组件数据的管理功能，使系统正常运行。

80C31是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，标准MCS-51单片机的体系结构和指令系统。

80C31内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。但80C31片内并无程序存储器，需外接ROM。

此外，80C31还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C31有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。

射频集成电路3由发射模块和接收模块集成，发射模块和接收模块的核心器件均采用nRF2401射频芯片。

射频单元具有单独的DC-DC模块供电，通过OC门控制DC-DC模块开关。开关由AT91FR40162及C8051F040联合控制，以保证能够可靠地实现电源控制。

由于两条OC命令需要驱动继电器工作，因此需要一定的电流驱动及较高的母线电压接口。为了满足控制要求，在P口后面加一级驱动电路，采用KG25A进行驱动，为了考虑晶体管单点短路失效模式的影响，采用串联方式进行控制，如图7所示。在该电路中，如果某个晶体管的CE极之间发生短路，则另一个晶体管仍然可以工作，控制信号P13(或P20)同时连接在2只晶体管的基极。当控制信号为高电平时，2只晶体管同时处于饱和工作状态，CE导通，从而使继电器处于加电状态，当控制信号为低电平时，CE间处于截止状态，继电器无电流通过，继电器不会动作。

OC命令是单片机相关的概念，输出比较的作用是用程序的方法在特定的时刻输出需要的电平，实现对外部电路的控制。

Claims

1.一种基于SOC的微型信息处理模块，其特征在于，包括ARM处理器(1)、接口处理器(2)、射频集成电路(3)、低噪声放大器及功放模块(4)和第一CAN控制器(5)，

其中，ARM处理器(1)的数据总线与系统总线连接，ARM处理器(1)通过第一CAN控制器(5)与CAN总线连接，接口处理器(2)的数据地址总线挂接在系统总线上，接口处理器(2)连接在CAN总线上，接口处理器(2)的射频通信端口与射频集成电路(3)的数据通信端相连，射频集成电路(3)信号接收和发射端与低噪声放大器及功放模块(4)相连；低噪声放大器及功放模块(4)和天线相连；接口处理器(2)的数据输出输入端与ARM处理器(1)的接口数据输入输出端连接；

并且，所述微型信息处理模块还包括型号为80C31的单片机(6)和第二CAN控制器(7)，所述单片机(6)的数据地址总线挂接在系统总线上，并通过第二CAN控制器(7)与CAN总线连接；

其中，所述微型信息处理模块与姿态测量组件通过CAN总线连接；所述单片机(6)为冗余设计，作为系统可靠性的保障，当所述ARM处理器(1)和所述接口处理器(2)故障时，仍可完成所述姿态测量组件数据的管理功能，使系统正常运行。

2.基于权利要求1所述的一种基于SOC的微型信息处理模块，其特征在于，射频集成电路(3)由发射模块和接收模块集成，发射模块和接收模块的核心器件均采用nRF2401射频芯片。

3.基于权利要求1所述的一种基于SOC的微型信息处理模块，其特征在于，ARM处理器(1)采用型号为AT91FR40162的处理器。

4.基于权利要求1所述的一种基于SOC的微型信息处理模块，其特征在于，接口处理器(2)采用C8051F040型号单片机。

5.基于权利要求4所述的一种基于SOC的微型信息处理模块，其特征在于，接口处理器(2)的可扩展对外接口包括CAN总线接口、485总线接口、A/D转换接口、D/A转换接口、OC接口及射频通信接口。