CN102207877A - 空间相机在轨程序重注方法及其系统 - Google Patents

Abstract

空间相机在轨程序重注方法及其系统属于空间相机控制领域，该方法包括：A、重注程序处理系统将要上注的程序目标代码根据长度大小生成单包或多包上注数据包；B、上注数据包由卫星地面站通过测控天线与设备发送给卫星星务主机，再由星务主机转发给相机控制器；C、相机控制器收到上注数据包后，判断包序正确后提取出重注程序目标代码，存储在随机存储器中指定位置；然后回读校验判断是否加载成功，如果未到最后一包，返回B步；在所有包加载完成后，根据加载情况对重注程序可用性标识进行置位或清零；D、相机控制器收到卫星地面站发出的执行重注程序的遥控指令后，读取重注程序并进行校验。本发明可以修复空间相机的故障和缺陷，节约维修费用。

Description

空间相机在轨程序重注方法及其系统

技术领域

本发明属于以卫星为平台的空间相机控制领域，具体涉及空间相机在轨运行时的程序重注方法和系统。

背景技术

以卫星为平台的空间相机工作在距地球100公里以上的外层空间，完成对地侦察或深空探测任务，一旦发生故障便无法修复，或者修复的成本极高。

目前，空间相机控制器通常以中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)为核心处理元件，在临发射前相机控制器程序通过烧写器一次性写入只读存储器中，再将只读存储器落焊在控制器印制板上，并进行三防固封处理。发射入轨后只读存储器中的程序再无更改可能。除非派宇航员更换电路板，然而这要付出极其高昂的成本，因此通常不被采用。

发明内容

为了解决现有技术中空间相机在轨发生故障或发现缺陷时难以修复的问题，本发明提供一种空间相机在轨程序重注方法及其系统，能够实现空间相机在轨发生故障或发现软件缺陷时，通过上注重注程序的方法对故障或缺陷进行修复，可以延长空间相机使用寿命，节约昂贵的维修费用。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

空间相机在轨程序重注方法，包含以下步骤：

A、重注程序处理系统将要上注的程序目标代码根据长度大小生成单包或多包上注数据包，进入步骤B；

B、上注数据包由卫星地面站通过测控天线与设备发送给卫星星务主机，再由星务主机转发给相机控制器，进入步骤C；

C、相机控制器收到上注数据包后，判断包序正确后提取出重注程序目标代码，存储在随机存储器或闪存中的指定位置；然后回读校验判断是否加载成功，如果未到最后一包，返回步骤B；在所有包加载完成后，根据加载情况对重注程序可用性标识进行置位或清零，进入步骤D；

D、相机控制器收到卫星地面站发出的执行重注程序的遥控指令后，读取重注程序并进行校验，校验正确后跳转到重注程序加载的起始地址开始执行上注的重注程序，进而完成空间相机在轨程序重注方法。

在步骤A中，由于星务主机除了和相机控制器通讯外还要完成对多个下位机的控制等多种任务，如果单次上注过长的数据包会导致星务主机无法正常完成其他任务，因此当重注程序较长时，需要分多包上注，建议将单包重注程序的长度控制在512字节以内。

在生成的上注数据包中，包含了该段重注程序要加载的地址，从而可以根据在轨工作情况，灵活选择加载位置。尤其对于多包上注数据包，每一包的加载位置都不相同，如果采用固定加载地址，将导致后一包上注数据包覆盖前一包上注数据包的情况。

在生成的上注数据包中，包含了该段重注程序的长度，由于上注的重注程序可以各种各样，每一包重注程序的长度也变化不一，因此需要通过该参数来通知星务主机和相机控制器，需要连续收多少个字节的数据。

在生成的上注数据包中包含了重注程序的总包数、当前上注数据包的包序、重注程序累加和。

所述步骤C还包含以下步骤：

C1、对收到的上注数据包进行加1计数，如果收到第1包上注数据包时，从该包数据中提取重注程序总包数，同时清零重注程序总长度、重注程序总累加和与重注程序可用性标识，进入步骤C2；

C2、从当前上注数据包中提取包序、本段重注程序的加载地址和累加和，如果包序正确，将重注程序从上注数据包接收缓冲区存贮到本段重注程序的加载地址对应的随机存储器或闪存的相应位置，进入步骤C3；如果包序错误，重注程序包计数器减1，返回步骤B；

C3、从随机存储器或闪存中读取本段重注程序，计算累加和；如果计算的累加和和从上注数据包中提取的累加和一致，说明校验成功，置位当前重注程序包加载成功标识，进入步骤C4；如果校验失败，则清零当前重注程序包加载成功标识，进入步骤C5；

C4、将从上注数据包中提取的当前包重注程序累加和，累加到重注程序总累加和；将当前包重注程序长度累加到重注程序总长度，进入步骤C5；

C5、将当前重注程序包加载成功标识和重注程序过往包加载成功标识进行与运算，结果存入重注程序过往包加载成功标识，进入步骤C6；

C6、根据当前包序和重注程序总包数判断当前包是否为最后一包，如果为最后一包，进入步骤C7，否则返回步骤B；

C7、如果重注程序过往包加载成功标识被置位，说明所有包重注程序都成功加载，置位重注程序可用性标识；否则，清零重注程序可用性标识，进入步骤D。

通过以上对包序，重注程序累加和等的正确性判别，避免上注数据包由于传输过程中受到干扰或卫星地面站误操作而错误时，仍被加载和执行。

所述步骤D还包含以下步骤：

相机控制器收到卫星地面站发出的执行重注程序的遥控指令后，检查重注程序可用性标识是否被置位。如果该标识被置位，则从随机存储器或闪存中依次读出全部重注程序，进行累加和校验，如果校验正确，对相关寄存器压栈后，开始执行重注程序。如果校验失败，清零重注程序可用性标识。

由于空间环境下单粒子事件可能将随机存储器或闪存中的数据打翻，执行前的回读校验可以避免重注程序被单粒子打翻后仍被执行，导致系统进入未知状态。

上注的重注程序可以作为系统的一个补丁，在执行固化在只读存储器内的程序的同时，也执行重注程序。在这种情况下，重注程序在完成预定的功能后使用返回指令返回，并将相关寄存器弹出堆栈，继续往下执行固化程序，重注程序作为主循环的一部分每次循环执行1遍。此时重注程序只是完成额外的功能或者对原有功能进行局部的修正，可以在系统出现小的故障和缺陷时对系统进行修正。

或者，上注的重注程序可以完全替代原有固化在只读存储器的程序而独立运行。在这种情况下，重注程序执行完毕并不返回，而是重新构建一个主循环代替原来的主循环，为了避免看门狗电路狗咬导致系统复位，需要在重注程序内完成定期的喂狗操作。为了建立新的中断服务处理程序，需要对中断向量表的位置重新设置。在系统出现非常严重的故障或多处功能缺陷而需要进行应急处理时，需要上注的重注程序可以完全替代原有固化在只读存储器的程序而独立运行。

或者，上注的重注程序只是一个死循环，不进行喂狗操作，也不返回执行固化程序；执行该重注程序后系统在看门狗的作用下复位，可以用于在轨或地面测试时验证看门狗电路是否工作正常。

空间相机在轨程序重注系统，包括：

重注程序处理系统：由重注程序处理计算机和重注程序处理系统软件组成，将需要处理的重注程序目标代码根据大小生成单包或多包上注数据包，并传送往卫星地面站；

卫星地面站：收到重注程序处理系统发送的上注数据包后，将上注数据包和遥控指令通过地面测控天线与设备发送给在轨运行的以空间相机为有效载荷的卫星；

地面测控天线与设备：将上注数据包和遥控指令转换为无线电信号发送给在轨工作的卫星；

星上测控天线与设备：接收地面测控天线与设备发送的无线电信号转换为数据后发送给星务主机；

星务主机：将通过星上测控天线与设备接收到的上注数据包和遥控指令转发给相机控制器；

相机控制器：相机控制器收到的星务主机转发的上注数据包后，进行校验、解析和存储，收到星务主机转发的执行重注程序遥控指令后，开始执行重注程序。

相机控制器以中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)为核心处理元件，采用只读存储器存储固化程序，并使用随机存储器或闪存来存储数据和重注程序。

本发明的有益效果如下：

1.本发明实现空间相机在轨运行期间程序的分多包重注，可以在不影响星务主机正常执行其他任务的前提下，对空间相机的故障和缺陷进行修复，延长空间相机寿命，节约昂贵的维修费用。

2.生成的上注数据包中包含了该段重注程序要加载的地址，从而可以根据在轨工作情况，灵活选择加载位置。

3.在上注过程中进行包序和累加和正确性的判断，避免上注数据包由于传输过程中受到干扰或卫星地面站误操作而错误时，仍被加载和执行。在执行重注程序前进行回读校验，避免空间环境下重注程序被单粒子打翻后仍被执行，导致系统进入未知状态，使系统的可靠性得到有效提高。

4.上注的重注程序可以作为系统的一个补丁，同时执行固化程序和重注程序，对系统小的缺陷进行局部修正；也可以完全替代固化程序而独立运行，当系统出现重大故障时进行应急处理。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的空间相机在轨程序重注系统的结构示意图。

图2为本发明的一个实施例的空间相机在轨程序重注方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，空间相机在轨程序重注系统由重注程序处理系统10、卫星地面站20、地面测控天线与设备30、星上测控天线与设备40、星务主机50和相机控制器60组成。

重注程序处理系统10由重注程序处理计算机和重注程序处理系统软件组成，将需要处理的重注程序根据大小生成单包或多包上注数据包，并传送往卫星地面站20。地面测控天线与设备30将上注数据包和遥控指令转换为无线电信号发送给在轨工作的卫星。

星上测控天线与设备40接收地面测控天线与设备30发送的无线电信号转换为数据后发送给星务主机50。星务主机50将接收到的上注数据包和遥控指令转发给相机控制器60。

相机控制器60收到的星务主机50转发的上注数据包后，进行校验、解析和存储，收到星务主机50转发的执行重注程序遥控指令后，开始执行重注程序。在相机控制器60中，处理器61采用数字信号处理器(DSP)，型号为TMS320VC33，采用只读存储器62存储固化程序，并使用随机存储器63存储数据和重注程序。

以上说明了重注系统的组成，下面将结合图2，详细说明空间相机在轨程序重注方法的流程。在本实施例中，以地面和在轨测试中最常用的死循环重注程序为例进行详细描述。死循环重注程序不进行喂狗操作，执行该重注程序后系统在看门狗的作用下复位，用于在轨或地面测试时验证看门狗电路是否工作正常。死循环重注程序经过编译后生成的十六进制目标代码如下：

02 F5 DF FF 0C 80 00 00 60 91 A0 01 78 80 00 00

在步骤110中，重注程序处理系统将要上注的程序目标代码根据长度大小生成单包或多包上注数据包，由于死循环重注程序目标代码长度较小，未超过512字节，因此生成单包上注数据包。生成的数据包如下：

18 01 00 10 91 a0 00 02 F5 DF FF 0C 80 00 00 60 91 A0 01 78 80 00 00 2D

表1

表1为本实施例中生成的上注数据包的结构，从表1可以看出，除了重注程序目标代码外，上注数据包中还包含了重注程序的总包数、当前上注数据包的包序、重注程序长度、重注程序加载地址和重注程序累加和。由于为单包重注程序，总包数为1，包序从00开始，重注程序长16字节即10H，重注程序的加载地址为91a000H，对应随机存储器63中未使用的空闲区地址，可以根据在轨工作情况，灵活选择其他加载位置。重注程序的累加和为2D。在生成上注数据包后，进入步骤120。

在步骤120中，重注程序处理系统10将生成的上注数据包送往卫星地面站20，由卫星地面站20通过地面测控天线与设备30转换为无线电信号发送给在轨运行的卫星，星上测控天线与设备40收到并转换为数据后发给星务主机50，再由星务主机50转发给相机控制器60。此后进入步骤130。

在步骤130中，相机控制器60对收到的上注数据包进行加1计数，此后进入步骤140。

在步骤140中，判断当前上注数据包是否为第1包，如果为第1包上注数据包，进入步骤150，如果不为第1包，则进入步骤160。

在步骤150中，从该包数据中提取重注程序总包数，同时清零重注程序总长度、重注程序总累加和与重注程序可用性标识，进入步骤160。

在步骤160中，从当前上注数据包中提取包序、本段重注程序的加载地址和累加和。此后进入步骤170。

在步骤170中，判断上注数据包包序是否正确，如果包序正确，进入步骤190，如果包序不正确，进入步骤180。

在步骤180中，将重注程序包计数器减1，返回步骤120。

在步骤190中，将重注程序从上注数据包接收缓冲区存贮到本段重注程序的加载地址对应的随机存储器或闪存的相应位置，进入步骤200。

在步骤200中，从随机存储器或闪存中读取本段重注程序，进行累加和校验，进入步骤210。

在步骤210中，如果累加和校验成功，进入步骤220，否则进入步骤240。通过以上对包序，重注程序累加和等的正确性判别，避免上注数据包由于传输过程中受到干扰或卫星地面站误操作而错误时，仍被加载和执行。

在步骤220中，置位当前重注程序包加载成功标识，进入步骤230。

在步骤230中，将从上注数据包中提取的当前包重注程序累加和，累加到重注程序总累加和。将当前包重注程序长度累加到重注程序总长度。进入步骤250。

在步骤240中，清零当前重注程序包加载成功标识，进入步骤250。

在步骤250中，将当前重注程序包加载成功标识和重注程序过往包加载成功标识进行与运算，结果存入重注程序过往包加载成功标识。进入步骤260。

在步骤260中，根据当前包序和重注程序总包数判断当前包是否为最后一包。如果为最后一包，进入步骤270，否则返回步骤120。

在步骤270中，判断重注程序过往包加载成功标识是否被置位，如果重注程序过往包加载成功标识被置位，说明所有包重注程序都成功加载，进入步骤280，否则进入步骤290。

在步骤280中，置位重注程序可用性标识，进入步骤300。

在步骤290中，清零重注程序可用性标识，进入步骤300。

在步骤300中，卫星地面站20发送执行重注程序遥控指令，经地面测控天线与设备30、星上测控天线与设备40和星务主机50，转发给相机控制器60。此后进入步骤310。

在步骤310中，判断重注程序可用性标识是否被置位，如果重注程序可用性标识被置位，进入步骤320。

在步骤320中，从随机存储器或闪存中依次读出全部重注程序，进行累加和校验，进入步骤330。

在步骤330中，判断累加和校验是否正确，如果校验正确，进入步骤350。如果校验不正确，进入步骤340。执行前的回读校验可以避免空间环境下重注程序被单粒子打翻后仍被执行，导致系统进入未知状态。

在步骤340中，清零重注程序可用性标识，流程结束。

在步骤350中，对相关寄存器压栈后，开始执行重注程序，流程结束。

综上所述，对本领域的技术人员来说，在本质上不脱离本发明原理的基础上，可以对该实施例进行形式和细节上的各种改变和修改，这些改变和修改都确定为包含在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (9)

1.空间相机在轨程序重注方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤A：重注程序处理系统将要上注的程序目标代码根据长度大小生成单包或多包上注数据包，进入步骤B；

步骤B：上注数据包由卫星地面站通过测控天线与设备发送给卫星星务主机，再由星务主机转发给相机控制器，进入步骤C；

步骤C：相机控制器收到上注数据包后，判断包序正确后提取出重注程序目标代码，存储在随机存储器或闪存中的指定位置；然后回读校验判断是否加载成功，如果未到最后一包，返回步骤B；在所有包加载完成后，根据加载情况对重注程序可用性标识进行置位或清零，进入步骤D；

步骤D：相机控制器收到卫星地面站发出的执行重注程序的遥控指令后，读取重注程序并进行校验，校验正确后跳转到重注程序加载的起始地址开始执行上注的重注程序，进而完成空间相机在轨程序重注方法。

2.根据权利要求1所述的空间相机在轨程序重注方法，其特征在于，步骤A中生成的上注数据包中包含了本段重注程序要加载的地址。

3.根据权利要求1所述的空间相机在轨程序重注方法，其特征在于，步骤A中生成的上注数据包中包含了重注程序的总包数、当前上注数据包的包序、重注程序长度和重注程序累加和；步骤C中相机控制器收到上注数据包后，进行包序和重注程序累加和正确性的判断，当包序正确时，则将该包序中的重注程序目标代码存储在随机存储器或闪存中的指定位置；当从随机存储器或闪存中回读重注程序并且累加和校验通过时，置位当前重注程序包加载成功标识。

4.根据权利要求1所述的空间相机在轨程序重注方法，其特征在于，步骤D中相机控制器收到卫星地面站发出的执行重注程序的遥控指令后，检查重注程序可用性标识是否被置位；如果该标识被置位，则从随机存储器或闪存中依次读出全部重注程序，进行累加和校验，如果校验正确，对相关寄存器压栈后，开始执行重注程序；如果校验失败，清零重注程序可用性标识。

5.根据权利要求1所述的空间相机在轨程序重注方法，其特征在于，所述上注的重注程序为系统的一个补丁，在执行固化在只读存储器的程序的同时，也执行重注程序，重注程序用于完成额外的功能或者对原有功能进行局部的修正，在系统出现小的故障和缺陷时对系统进行修正。

6.根据权利要求1所述的空间相机在轨程序重注方法，其特征在于，所述上注的重注程序完全替代原有固化在只读存储器的程序而独立运行，在系统出现非常严重的故障或多处功能缺陷时，进行应急处理。

7.根据权利要求1所述的空间相机在轨程序重注方法，其特征在于，所述上注的重注程序是一个死循环，执行该重注程序后系统在看门狗的作用下复位，用于在轨或地面测试时验证看门狗电路是否工作正常。

8.实现权利要求1-7中任一项所述的空间相机在轨程序重注方法的系统，其特征在于，该系统包括重注程序处理系统、卫星地面站、地面测控天线与设备、星上测控天线与设备、星务主机和相机控制器；

所述重注程序处理系统和所述卫星地面站连接，其由重注程序处理计算机和重注程序处理系统软件组成，将需要处理的重注程序目标代码根据大小生成单包或多包上注数据包，并传送往卫星地面站；

所述卫星地面站和所述地面测控天线与设备连接，其收到重注程序处理系统发送的上注数据包后，将上注数据包和遥控指令通过地面测控天线与设备发送给在轨运行的以空间相机为有效载荷的卫星；

所述地面测控天线与设备和所述星上测控天线与设备连接，其将上注数据包和遥控指令转换为无线电信号发送给在轨工作的卫星；

所述星上测控天线与设备和所述星务主机连接，其接收地面测控天线与设备发送的无线电信号转换为数据后发送给星务主机；

所述星务主机和所述相机控制器连接，其将通过星上测控天线与设备接收到的上注数据包和遥控指令转发给相机控制器；

所述相机控制器在收到星务主机转发的上注数据包后，进行校验、解析和存储，在收到星务主机转发的执行重注程序遥控指令后，开始执行重注程序。

9.根据权利要求8所述的空间相机在轨程序重注系统，其特征在于，所述相机控制器包括：核心处理元件中央处理单元或数字信号处理器、存储固化程序的只读存储器以及存储数据和重注程序的随机存储器或闪存。

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