CN104156302A - 一种星载计算机实时时钟的维护和校时系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载计算机实时时钟的维护和校时系统及方法，采用硬件方式实现地面授时以及星上时间的集中校时，减少了地面授时以及星上时间的误差，提高了软件程序的效率以及星上时间可靠性。本发明采用硬件结构的地面授时模块以及集中校时模块，节省了CPU参与计时和控制的时间，既减少了软件计时的延迟，又有效地释放CPU资源，提高整个系统CPU的利用率；同时，在功能上较原有的设计方法更加灵活，使星上应用程序更加方便，灵活的操作；能够高效、准确的实现星上时间管理，实现了高可靠、自动化的集中校时，对卫星集中校时管理技术的发展具有深远意义。

Description

一种星载计算机实时时钟的维护和校时系统及方法

技术领域

本发明属于时间管理系统技术领域，涉及一种时钟维护和校时系统，具体涉及一种星载计算机实时时钟的维护和校时系统及方法。

背景技术

随着计算机领域的迅速发展，计算机对精确的时间要求有更严格的要求。尤其在卫星系统中保持计算机的时间同步和时间准确是非常有必要的。我国大卫星、小卫星沿用传统的时钟管理机构，通常是采用软件的方式实现，通过地面授时命令更正时间，星上处理器来维持时间。用软件来实现该功能，需要占用一定的资源来维持时钟自身的运转，提供给地面的命令也较少，而且精度和可靠性也不能完全保证。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种星载计算机实时时钟的维护和校时系统及方法，

本发明采取硬件实现时钟管理单元的地面授时及校时，可以高效、准确的实现时钟单元地面授时及校时管理；在校时实现过程中，操作运算全部由硬件完成，软件只需要发布命令；采取硬件实现的方法也解放了星务计算机软件的复杂度，提供了多种接口给软件设计人员，简化了软件程序的编写工作。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种星载计算机实时时钟的维护和校时系统，包括均与处理器相连，并且相互独立的地面授时模块和集中校时模块，以及作为时钟源的晶振；

地面授时模块包括用于实现地面授时模块与不同处理器之间进行通信的处理器接口模块、用于生成地面授时使能信号的授时控制模块、用于存储计划授入时间值的寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与授时控制模块和寄存器模块相连，授时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器；

集中校时模块包括用于实现集中校时模块与不同处理器之间进行通信的处理器接口模块、用于配置校时方向和校时时间，并产生启动信号的集中校时控制模块、用于存储校时方向和校时值的寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与集中校时控制模块和寄存器模块相连，集中校时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器。

还包括均与处理器相连，并且相互独立的均匀校时模块以及GPS校时模块；

均匀校时模块包括用于完成实时单元与不同处理器之间通信的处理器接口模块、均匀校时控制模块、寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与均匀校时控制模块和寄存器模块相连，均匀校时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；寄存器模块包括微秒寄存器以及秒寄存器，微秒寄存器和秒寄存器的一端均连接到处理器接口模块上，另一端均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器；

GPS校时模块包括用于完成实时单元与不同处理器之间通信的处理器接口模块、GPS校时控制模块、用于采集GPS上升或下降沿的脉冲采集模块、寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与GPS校时控制模块、脉冲采集模块以及寄存器模块相连，GPS校时控制模块、脉冲采集模块以及寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器。

一种星载计算机实时时钟的维护和校时方法，包括以下步骤：

1)在卫星临发射前一时刻，对星上计算机进行一次地面授时操作，把当前地面时间加载到星上计算机，然后星上计算机依靠内部高精度晶振的节拍进行时间累加；

2)卫星入轨之后，通过遥测通道，下发当前时间信息，将当前时间信息与地面时间进行运算和比对，得出地面授时操作的时机和高精度晶振积累的时间误差和，然后启动集中校时，在原来的时间基础上修正一次时间误差，使得星上计算机的时间与地面全同步。

所述的步骤1)中，地面授时的具体操作是：

当需要地面授时时，处理器在高精度时钟的上升沿分别将计划授入时间的微妙值和秒值写入微秒寄存器和秒寄存器中，再输出地面授时使能信号，授时使能信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿将寄存器的值锁至相应的微秒累加计数器和秒累加计数器中，同时对纳秒累加计数器清零。

所述的步骤2)中，集中校时的具体操作是：

当需要集中校时时，处理器先向微秒寄存器和秒寄存器中写入计划校快或校慢的时间偏离参数，再输出方向信号和启动信号，方向信号和启动信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿有效并开始校时，并且对纳秒累加计数器清零。

还包括以下步骤：

3)当在轨长期使用过程时，启动均匀校时，在固定的秒级时间内对微秒值一直进行修正；配置或修改均匀校时参数时，参考遥测通道下发时间信息的误差斜率。

所述的均匀校时包括正向均匀校时和逆向均匀校时：

在下一次整秒前后启动，正向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达时在微秒累加计数器中加上固有偏差数值；逆向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达后，微秒累加计数器计到固有偏差数值，将微秒累加计数器清零。

所述的正向均匀校时和逆向均匀校时均在设定的固定时间间隔处完成，其中固定时间间隔为秒校时范围1～65535秒，微秒校时范围1～999999微秒。

还包括以下步骤：

4)当高精度晶振的指标失效，已经无法满足使用要求的情况下，启动GPS校时，GPS校时依靠外部设备提供的GPS秒脉冲，在每一次秒脉冲到来时刻，星上计算机的微秒值自动四舍五入到秒值，然后和纳秒值一起清零，GPS校时的启用能够实现星上时间与GPS设备的秒同步。

所述的GPS校时，同步外部的GPS秒脉冲和时钟单元的整秒，当GPS校时使能之后，在每次GPS秒脉冲上升或下降沿时刻，对时钟单元自动进行GPS校时。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用硬件方式实现地面授时以及星上时间的集中校时，减少了地面授时以及星上时间的误差，提高了软件程序的效率以及星上时间可靠性。本发明采用硬件结构的地面授时模块以及集中校时模块，节省了CPU参与计时和控制的时间，既减少了软件计时的延迟，又有效地释放CPU资源，提高整个系统CPU的利用率；同时，在功能上较原有的设计方法更加灵活，使星上应用程序更加方便，灵活的操作；能够高效、准确的实现星上时间管理，采用了全模块化结构设计，其输入、输出等均可灵活配置，并具有丰富的功能提供给星上软件操作，实现了高可靠、自动化的集中校时，对卫星集中校时管理技术的发展具有深远意义。

进一步的，本发明采用晶振作为时钟源，时钟源的精度决定时间管理单元存在固定偏差。为了消除时钟源的固定偏差，本发明采用均匀校时模块，以硬件方式实现星上时间的均匀校时，在固定时间间隔进行偏差的修正和校准，消除星间单元的固有偏差，提高星上时间的可靠性。均匀校时模块采用寄存器管理方式实现，初始化配置后，智能完成整个时间域内的校时功能，无需软件参与，实现高可靠、高精度、高效率的时间管理，进一步节省了CPU参与计时和控制的时间，既减少了软件设计时的延迟，又有效地释放CPU资源，提高整个系统CPU的利用率。

进一步的，本发明采用GPS校时模块，以硬件方式实现星上时间的GPS校时管理，减少了星上时间的误差，提高星上时间的可靠性；GPS校时模块的采用，进一步节省了CPU参与计时和控制的时间，既减少了软件设计时的延迟，又有效地释放CPU资源，提高整个系统CPU的利用率；在其它硬件校时失效的情况下，能够高效、准确的实现时钟单元的管理，并且在整个校时时间区域内，全部智能化完成，不需要软件参与。

附图说明

图1为本发明时钟维护和校时系统的原理图；

图2为本发明地面授时模块的设计原理图；

图3为本发明地面授时模块的连接关系示意图；

图4为本发明集中校时模块的设计原理图；

图5为本发明集中校时模块的连接关系示意图；

图6为本发明均匀校时模块的连接关系示意图；

图7为本发明均匀校时模块的设计流程图；

图8为本发明GPS校时模块的涉及原理图；

图9为本发明GPS校时模块的设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

参见图1至图9，本发明星载计算机实时时钟的维护和校时系统，包括均与处理器相连，并且相互独立的地面授时模块、集中校时模块、均匀校时模块和GPS校时模块，以及作为时钟源的晶振；

地面授时模块包括用于实现地面授时模块与不同处理器之间进行通信的处理器接口模块、用于生成地面授时使能信号的授时控制模块、用于存储计划授入时间值的寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与授时控制模块和寄存器模块相连，授时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器；

集中校时模块包括用于实现集中校时模块与不同处理器之间进行通信的处理器接口模块、用于配置校时方向和校时时间，并产生启动信号的集中校时控制模块、用于存储校时方向和校时值的寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与集中校时控制模块和寄存器模块相连，集中校时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器。

均匀校时模块包括用于完成实时单元与不同处理器之间通信的处理器接口模块、均匀校时控制模块、寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与均匀校时控制模块和寄存器模块相连，均匀校时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；寄存器模块包括微秒寄存器以及秒寄存器，微秒寄存器和秒寄存器的一端均连接到处理器接口模块上，另一端均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器；

GPS校时模块包括用于完成实时单元与不同处理器之间通信的处理器接口模块、GPS校时控制模块、用于采集GPS上升或下降沿的脉冲采集模块、寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与GPS校时控制模块、脉冲采集模块以及寄存器模块相连，GPS校时控制模块、脉冲采集模块以及寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器。

本发明还公开了一种星载计算机实时时钟的维护和校时方法，包括以下步骤：

1)在卫星临发射前一时刻，对星上计算机进行一次地面授时操作，把当前地面时间加载到星上计算机，然后星上计算机依靠内部高精度晶振的节拍进行时间累加；

当需要地面授时时，处理器在高精度时钟的上升沿分别将计划授入时间的微妙值和秒值写入微秒寄存器和秒寄存器中，再输出地面授时使能信号，授时使能信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿将寄存器的值锁至相应的微秒累加计数器和秒累加计数器中，同时对纳秒累加计数器清零。

2)由于地面授时的操作时机和高精度晶振都存在误差，使得校时后的时间无法精确到微秒级；卫星入轨之后，通过遥测通道，下发当前时间信息，将当前时间信息与地面时间进行运算和比对，得出地面授时操作的时机和高精度晶振积累的时间误差和，然后启动集中校时，在原来的时间基础上修正一次时间误差，使得星上计算机的时间与地面全同步。

当需要集中校时时，处理器先向微秒寄存器和秒寄存器中写入计划校快或校慢的时间偏离参数，再输出方向信号和启动信号，方向信号和启动信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿有效并开始校时，并且对纳秒累加计数器清零。

3)在轨长期使用的过程中，高精度晶振本身存在固有误差，会通过时间的积累，把时间信息的误差慢慢放大，此时启动均匀校时，在固定的秒级时间内对微秒值一直进行修正；配置或修改均匀校时参数时，参考遥测通道下发时间信息的误差斜率。均匀校时包括正向均匀校时和逆向均匀校时：

在下一次整秒前后启动，正向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达时在微秒累加计数器中加上固有偏差数值；逆向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达后，微秒累加计数器计到固有偏差数值，将微秒累加计数器清零。正向均匀校时和逆向均匀校时均在设定的固定时间间隔处完成。其中，整秒前是指正向均匀校时在整秒时刻，微秒累加计数器中加上固有偏差数值；整秒后是指逆向均匀校时在微秒累加计数器等于固有偏差数值时刻，将微秒累加计数器清零。

4)当高精度晶振的指标失效，已经无法满足使用要求的情况下，启动GPS校时，GPS校时依靠外部设备提供的GPS秒脉冲，在每一次秒脉冲到来时刻，星上计算机的微秒值自动四舍五入到秒值，然后和纳秒值一起清零，GPS校时的启用能够实现星上时间与GPS设备的秒同步。GPS校时，同步外部的GPS秒脉冲和时钟单元的整秒，当GPS校时使能之后，在每次GPS秒脉冲上升或下降沿时刻，对时钟单元自动进行GPS校时。

本发明的原理：

在卫星临发射前一时刻，对星上计算机进行一次地面授时操作，把当前地面时间加载到星上计算机，然后星上计算机依靠内部高精度晶振的节拍进行时间累加，由于地面授时的操作时机和高精度晶振都存在误差，所以使得校时后的时间无法精确到微秒级。

卫星入轨之后，通过遥测通道，下发当前时间信息，该时间与地面时间进行运算和比对，可以得出地面授时操作的时机和高精度晶振积累的时间误差和，然后启动集中校时，在原来的时间基础上修正一次时间误差，使得星上计算机的时间与地面全同步。

在轨长期使用的过程中，因为高精度晶振本身存在固有误差，所以会通过时间的积累，把时间信息的误差慢慢放大。为了解决该问题，引入了均匀校时策略，它是在固定的秒级时间内对微秒值一直进行修正，配置或修改均匀校时参数时，参考遥测通道下发时间信息的误差斜率。同时因为晶振本身稳定度的存在，所以在轨使用过程中，均匀校时和集中校时一般配合使用。

当高精度晶振的指标失效，已经无法满足使用要求的情况下，启动GPS校时使能，该校时依靠外部设备提供的GPS秒脉冲，在每一次秒脉冲到来时刻，星上计算机的微秒值自动四舍五入到秒值，然后和纳秒值一起清零，该校时的启用可以实现星上时间与GPS设备的秒同步，也是校时最后的策略。

相对传统的时间管理系统，硬件时间管理可以提高软件效率，所有操作寄存器级操作，智能实现地面授时、GPS校时和集中校时。但是集中授时分为正向集中校时和逆向集中校时，正向集中校时时，时间管理系统在下一秒的整秒将要校准的时间信息加到当前的秒计数器和微秒计数器；逆向集中校时时，时间管理系统将当前的秒计数器和微秒计数器减去要校准的时间信息。

星在空间运行过程中，时间管理系统的时钟源存在精度差异，故星上的时间信息与时间基准存在固定偏差，为消除硬件时间管理系统的时间偏差，在时间管理系统中设计均匀校时技术。星载计算机通过遥控数据获得均匀校时的修正参数，配置到均匀校时控制模块的寄存器中，使能均匀校时，时钟单元在整个时间域内开始在固定的时间间隔进行偏差的修正。

本发明的设计原理：

对于集中校时：

以往的设计，当集中校时指令脉冲到来之后，软件修改当前时间，并把微秒值清零。

使用软件操作存在以下问题：

1)占用处理器资源；2)软件设计需要考虑时间微秒时间与校时时间大小的关系后进行加减法运算；3)在处理过程中，优先级更高的中断会打断当前操作；4)软件运行时间存在不可预期性，会降低校时精度；5)软件复位后，需要重新加载当前时间，丢失时间信息。

本发明完全脱离处理器和软件，使用硬件电路扫描指令脉冲，当脉冲到来之后，自动把时间信息中的微秒值四舍五入到秒值，然后微秒清零，当下一次指令脉冲到来时，再重复以上操作。

本发明解决了原设计中的所有问题；并且星上微秒时间与校时时间的大小通过硬件自动判断，并进行加减法运算；同时，处理器不需要参与；而且硬件电路按照时钟节拍进行操作，提高了校时的精度；最后，软件复位不影响时间信息。

本发明的关键点在于外部集中校时指令脉冲与硬件电路的时钟完全异步，需要进行全同步处理，解决亚稳态等问题；硬件电路时钟采集集中校时指令脉冲，在硬件时钟第1拍内完成；整个校时过程，自动调整秒时间；鉴于空间使用的特殊环境，对秒值和微秒值全部需要进行三模冗余设计；

对于GPS校时：

以往设计，当GPS脉冲到来之后，处理器响应中断，然后通过软件修改当前时间，并把微秒值清零。

使用软件操作存在以下问题：

1)占用处理器资源；2)在处理过程中，优先级更高的中断会打断当前操作；3)软件运行时间存在不可预期性，会降低校时精度；4)软件复位后，需要重新加载当前时间，丢失时间信息。

本发明完全脱离处理器和软件，使用硬件电路扫描GPS脉冲，当脉冲到来之后，自动把时间信息中的微秒值四舍五入到秒值，然后微秒清零，当下一次GPS脉冲到来时，再重复以上操作。进而解决了原设计中的所有问题，同时处理器不需要参与；硬件电路按照时钟节拍进行操作，提高了校时的精度；最后，软件复位不影响时间信息

本发明的关键点在于外部GPS脉冲与硬件电路的时钟完全异步，需要进行全同步处理，解决亚稳态等问题；硬件电路时钟采集GPS脉冲，在硬件时钟采集到第1拍微秒值四舍五入，第2拍再清零，解决竞争冒险问题；整个校时过程，不能影响到秒值的累加；鉴于空间使用的特殊环境，对秒值和微秒值全部需要进行三模冗余设计；在内部时钟源误差较大的情况下，时间精度可以精确到秒级。

地面授时模块

为了保证地面授时的准确性，当收到处理器的授时命令后，实时时钟单元停止时间计数；处理器将时间信息写入相应的寄存器并启动工作，时间计数重新开始。授时控制模块根据寄存器的定义与状态，产生相应的计数、校时、授时控制信号，实现了时间计数模块的控制。时间计数模块分为纳秒、微妙、秒三个计数器。

如图2所示，当需要地面授时时，在高精度时钟的上升沿分别将计划授入时间的微妙值和秒值写入微秒和秒寄存器中，再输出地面授时信号，该信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿将寄存器的值锁至相应的累加计数器中，同时对纳秒计数器清零。

如图3所示，地面授时模块主要由处理器接口模块、授时控制模块、寄存器模块和计时模块组成，其中处理器接口模块完成实时单元与不同处理器之间的通信；授时控制模块生成地面授时使能信号；寄存器模块存储计划授入的时间值；计时模块完成纳秒、微秒和秒值的累加进位。

在进行地面授时时，处理器先向微秒和秒寄存器中写入时间参数，再输出地面授时使能信号，该信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿将寄存器的值锁存至相应的累加计数器中，同时对纳秒计数器清零，这样可以避免处理器误操作地面授时的微妙和秒寄存器之后对星上时间进行更改。在FPGA设计中对秒级寄存器进行了三模冗余设计，避免单粒子翻转造成地面授时错误。

集中校时模块

高可靠的星载计算机实时时钟技术提供星上系统时钟基准，具有重要地位。为了保证在星上时间偏差较大时有效校时，在实时时钟设计中引入集中校时功能。集中校时模块根据寄存器的定义与状态，配置校时方向和校时时间，产生启动信号，集中校时启动之后，硬件对微秒和秒值自动进行加减运算，实现集中校时功能。

如图4所示，当需要集中校时时，处理器先向微秒和秒寄存器中写入计划校快或校慢的时间偏离参数，再输出方向信号和启动信号，该信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿有效并开始校时，并且对纳秒计数器清零。

如图5所示，集中校时模块主要由处理器接口模块、集中校时控制模块、寄存器模块和计数模块组成，其中处理器接口模块完成集中校时单元与不同处理器之间的通信；集中校时模块配置校时方向和校时时间，产生启动信号；寄存器模块存储校时方向和校时值；计数模块完成纳秒、微秒和秒值的累加进位。

均匀校时

高可靠的星载计算机时间管理系统提供星上提供高精度的星上时间基准，具有重要地位。为了保证时间管理的准确性，时间管理单元可以接收GPS时间或地面时间进行授时或校时，校时包括集中校时和均匀校时。均匀校时功能是为了弥补时间管理单元可能会存在的固定偏差而采取的时间修正措施，即要求在固定的时间间隔进行固定偏移量的修正。根据实时时钟自身具有的高稳定性守时特性，修正参数由计算机通过遥控数据获得。该校时功能可以通过寄存器操作取消。均匀校时控制模块主要是根据寄存器的定义与状态，产生相应的计数、校时控制信号，实现了计数模块的控制。计数模块分为纳秒、微秒、秒三个计数器。

硬件时间管理系统相对传统的软件时间管理系统需要增加额外的硬件资源，使用传统的硬件逻辑实现会增加大量的逻辑电路，本系统使用FPGA取代传统硬件电路，实现时间管理系统地面授时、GPS校时、集中校时。时间管理系统时间源的精度差异，造成时钟单元与时间基准存在固定偏差，需要通过均匀校时来调整星上的时间，以满足整星对高精度时间使用的要求。

如图6和图7所示，均匀校时是在下一次整秒前后启动，正向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达时在微秒计数器中加上固有偏差数值；逆向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达后，微秒计数器计到固有偏差数值，将微秒计数器清零。上述动作在设定的固定时间间隔处完成。

GPS校时

高可靠的星载计算机实时时钟技术提供星上系统时钟基准，具有重要地位。为了保证在其它校时失效的情况下，时钟基准继续稳定可靠，在校时中引入GPS校时。GPS校时模块根据寄存器的定义与状态，产生相应的校时使能、校时禁止控制信号，在校时使能状态下，硬件自动完成校时动作、微秒值四舍五入、微秒清零、纳秒清零等动作，实现GPS校时。

如图8和图9所示，卫星在空间运行过程中，时间的误差存在累加效应，需要通过各种不间断的校时来调整星上的时间，以满足其它载荷设备使用，在其它所有校时失效的情况下，才启动GPS校时，它是调整星上系统时间基准精度的最后措施。GPS秒脉冲是通过类似侞钟的设备提供的，每秒输入一次秒脉冲到星载计算机的实时时钟系统中。GPS校时的目的是同步外部的GPS秒脉冲和时钟单元的整秒，当GPS校时使能之后，在每次GPS秒脉冲上升或下降沿时刻，对时钟单元自动进行GPS校时。校时时刻时钟单元的微秒值四舍五入到秒值，然后和纳秒值一同清零

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种星载计算机实时时钟的维护和校时系统，其特征在于：包括均与处理器相连，并且相互独立的地面授时模块和集中校时模块，以及作为时钟源的晶振；

地面授时模块包括用于实现地面授时模块与不同处理器之间进行通信的处理器接口模块、用于生成地面授时使能信号的授时控制模块、用于存储计划授入时间值的寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与授时控制模块和寄存器模块相连，授时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器；

集中校时模块包括用于实现集中校时模块与不同处理器之间进行通信的处理器接口模块、用于配置校时方向和校时时间，并产生启动信号的集中校时控制模块、用于存储校时方向和校时值的寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与集中校时控制模块和寄存器模块相连，集中校时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器。

2.根据权利要求1所述的星载计算机实时时钟的维护和校时系统，其特征在于：还包括均与处理器相连，并且相互独立的均匀校时模块以及GPS校时模块；

均匀校时模块包括用于完成实时单元与不同处理器之间通信的处理器接口模块、均匀校时控制模块、寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与均匀校时控制模块和寄存器模块相连，均匀校时控制模块和寄存器模块均连接到计数模块上；寄存器模块包括微秒寄存器以及秒寄存器，微秒寄存器和秒寄存器的一端均连接到处理器接口模块上，另一端均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器；

GPS校时模块包括用于完成实时单元与不同处理器之间通信的处理器接口模块、GPS校时控制模块、用于采集GPS上升或下降沿的脉冲采集模块、寄存器模块以及用于完成纳秒、微秒和秒值的累加进位的计数模块；处理器接口模块分别与GPS校时控制模块、脉冲采集模块以及寄存器模块相连，GPS校时控制模块、脉冲采集模块以及寄存器模块均连接到计数模块上；计数模块包括依次相连的纳秒累加计数器、微秒累加计数器以及秒累加计数器。

3.一种星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在卫星临发射前一时刻，对星上计算机进行一次地面授时操作，把当前地面时间加载到星上计算机，然后星上计算机依靠内部高精度晶振的节拍进行时间累加；

2)卫星入轨之后，通过遥测通道，下发当前时间信息，将当前时间信息与地面时间进行运算和比对，得出地面授时操作的时机和高精度晶振积累的时间误差和，然后启动集中校时，在原来的时间基础上修正一次时间误差，使得星上计算机的时间与地面全同步。

4.根据权利要求3所述的星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于：所述的步骤1)中，地面授时的具体操作是：

当需要地面授时时，处理器在高精度时钟的上升沿分别将计划授入时间的微妙值和秒值写入微秒寄存器和秒寄存器中，再输出地面授时使能信号，授时使能信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿将寄存器的值锁至相应的微秒累加计数器和秒累加计数器中，同时对纳秒累加计数器清零。

5.根据权利要求3所述的星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于：所述的步骤2)中，集中校时的具体操作是：

当需要集中校时时，处理器先向微秒寄存器和秒寄存器中写入计划校快或校慢的时间偏离参数，再输出方向信号和启动信号，方向信号和启动信号通过高精度时钟同步后，在时钟的上升沿有效并开始校时，并且对纳秒累加计数器清零。

6.根据权利要求3至5任意一项所述的星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于，还包括以下步骤：

3)当在轨长期使用过程时，启动均匀校时，在固定的秒级时间内对微秒值一直进行修正；配置或修改均匀校时参数时，参考遥测通道下发时间信息的误差斜率。

7.根据权利要求6所述的星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于：所述的均匀校时包括正向均匀校时和逆向均匀校时：

在下一次整秒前后启动，正向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达时在微秒累加计数器中加上固有偏差数值；逆向均匀校时，时钟单元在下一秒的整秒到达后，微秒累加计数器计到固有偏差数值，将微秒累加计数器清零。

8.根据权利要求7所述的星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于：所述的正向均匀校时和逆向均匀校时均在设定的固定时间间隔处完成，其中固定时间间隔为秒校时范围1～65535秒，微秒校时范围1～999999微秒。

9.根据权利要求6所述的星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于，还包括以下步骤：

4)当高精度晶振的指标失效，已经无法满足使用要求的情况下，启动GPS校时，GPS校时依靠外部设备提供的GPS秒脉冲，在每一次秒脉冲到来时刻，星上计算机的微秒值自动四舍五入到秒值，然后和纳秒值一起清零，GPS校时的启用能够实现星上时间与GPS设备的秒同步。

10.根据权利要求9所述的星载计算机实时时钟的维护和校时方法，其特征在于：所述的GPS校时，同步外部的GPS秒脉冲和时钟单元的整秒，当GPS校时使能之后，在每次GPS秒脉冲上升或下降沿时刻，对时钟单元自动进行GPS校时。