CN104484272A - 一种可在轨调试星载电子系统及在轨调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可在轨调试星载电子系统及在轨调试方法，在调试模式下，星务下位机FPGA通过JTAG接口对星载计算机CPU进行debug，卫星通过上行信道向CPU发送各种控制指令，通过下行信道传送CPU内部寄存器及外部存储器状态，由于星务下位机接替星载计算机姿控及总线管理功能在调试过程中将不会影响卫星正常工作，系统可对星载计算机原程序进行完全替换而非部分，可直接通过指令查看内部寄存器及外部存储器数据，便于发现问题定位问题，可在轨单步调试，调试过程中可强制给相关寄存器或内存赋值辅助快速定位故障。

Description

一种可在轨调试星载电子系统及在轨调试方法

技术领域

本发明属于卫星星上电子技术领域，特别涉及一种可在轨调试的星载电子系统。

背景技术

一方面随着对卫星快速响应的要求，需要卫星系统以最快的速度部署到指定轨道，星载电子系统在地面进行研制的时间变短，需要电子系统具备可在轨调试能力。另一方面，部分在轨卫星主要飞行任务已完成，通过在轨更新代码并调试，可部署新的任务。

为适应不同任务需求以及应对各种突发的故障情况，需要对星载电子系统软件进行在轨调试及更新。

目前，常用的方式是上注一部分新代码覆盖旧代码或增加新代码，上注后直接替换原有软件。

由于集成电路在发展，越来越多的CPU在内部总线上挂接片内外设比如CAN控制器、SPI控制器、I2C控制器等。在轨CPU发生故障，由于多种原因皆可以导致异常现象，所以很难定位到底是CPU中哪个单元或片内外设发生损坏，从而不能将CPU中的薄弱环节找出并优化。

中国专利文献（公开号CN 101980161 A）公开了一种星载计算机软件的在轨更新方法，但是该方法对程序在更新过程中影响卫星正常工作，不能通过指令查看CPU内部寄存器及外部存储器数据，不能单步调试程序，不便于发现问题定位问题。

发明内容              

为了克服现有技术不足，本发明提供一种可在轨调试星载电子系统，能快速定位CPU内部问题及部分系统问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种可在轨调试的星载电子系统，包括星载计算机、星务下位机；所述星务下位机也连接星上CAN总线及姿态控制部件（保证基本的对日姿态）；所述星务下位机FPGA通过JTAG接口对所述星载计算机CPU进行debug，通过地面上行信道向星载计算机CPU发送各种控制指令，通过卫星下行信道传送CPU内部寄存器及外部存储器状态；所述JTAG接口包括TMS线、TDO线、TDI线、TCK线以及TRST线，其中，TMS线为模式选择、TDO线为数据发送、TDI线为数据接收、TCK为时钟、TRST线实现CPU复位。

进一步地，所述星务下位机通过JTAG接口对代码进行Debug，支持断点调试以及访问星载计算机CPU内部寄存器，通过断点调试及CPU内部寄存器访问能在CPU故障情况下定位出故障的具体单元或片内外设；对星载计算机片内外存储器进行读写，实现ISP功能以修复bug。

另一方面，本发明提供了一种基于本发明的在轨可调式星载电子系统的在轨可调试方法，包括以下步骤：

1. 当在轨发生异常或故障时，为排查归零，发送指令进入调试模式，由星务下位机当班，星务下位机接替星载计算机维持基本的控制、测控及总线管理；

2. 星务下位机FPGA通过JTAG接口对星载计算机CPU进行debug，通过地面上行信道向星载计算机的CPU发送各种控制指令，通过卫星下行信道传送CPU内部寄存器及外部存储器状态；

3. 星务下位机定位出故障单元；

4. 星务下位机通过JTAG接口的ISP功能更新程序，修复bug；

5. 退出调试模式，进入正常模式。

本发明的有益效果是：本发明的可在轨调试星载电子系统及在轨调试方法，在调试模式下，星务下位机FPGA通过JTAG接口对星载计算机CPU进行debug，卫星通过上行信道向CPU发送各种控制指令，通过下行信道传送CPU内部寄存器及外部存储器状态，由于星务下位机接替星载计算机姿控及总线管理功能在调试过程中将不会影响卫星正常工作，系统可对星载计算机原程序进行完全替换而非部分，可直接通过指令查看内部寄存器及外部存储器数据，便于发现问题定位问题，可在轨单步调试，调试过程中可强制给相关寄存器或内存赋值辅助快速定位故障。

附图说明

图1是本发明的可在轨调试的星载电子系统的框图；

图2是本发明的可在轨调试的星载电子系统的在轨调试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如附图1所示，本发明的可在轨调试的星载电子系统包括星载计算机、星务下位机；所述星务下位机也连接星上CAN总线及姿态控制部件（保证基本的对日姿态）；所述星务下位机FPGA通过JTAG接口对所述星载计算机CPU进行debug，通过地面上行信道向星载计算机CPU发送各种控制指令，通过卫星下行信道传送CPU内部寄存器及外部存储器状态。JTAG(Joint Test Action Group；联合测试工作组)技术是一种嵌入式调试技术，可以测试芯片的电气特性，检测芯片是否有问题。所述JTAG接口包括TMS线、TDO线、TDI线、TCK线以及TRST线，其中，TMS线为模式选择、TDO线为数据发送、TDI线为数据接收、TCK为时钟、TRST线实现CPU复位。

所述星务下位机通过JTAG接口可以对代码进行Debug，支持断点调试以及访问星载计算机CPU内部寄存器，通过断点调试及CPU内部寄存器访问能在CPU故障情况下定位出故障的具体单元或片内外设；可以对星载计算机片内外存储器进行读写，实现ISP（In-System Programmer，在系统编程）功能以修复bug。

本发明的在轨可调试方法的具体实施流程如附图2所示。包括以下步骤：

1. 当在轨发生异常或故障时，为排查归零，发送指令进入调试模式，由星务下位机当班，星务下位机接替星载计算机维持基本的控制、测控及总线管理；

2. 星务下位机通过JTAG接口对星载计算机进行debug，通过地面上行信道向CPU发送各种控制指令，通过卫星下行信道传送CPU内部寄存器及外部存储器状态；

3. 星务下位机定位出故障单元；

4. 星务下位机通过JTAG接口的ISP功能更新程序，修复bug；

5. 退出调试模式，进入正常模式。

本发明的可在轨调试的星载电子系统有以下优点：1.调试过程由星务下位机接替星载计算机工作，由于星务下位机也连接星上CAN总线及姿态控制部件，在调试过程中不会影响卫星正常工作；2.可对原程序进行完全替换而非部分；3.可直接通过指令查看内部寄存器及外部存储器数据，便于发现问题定位问题；4.可在轨单步调试，调试过程中可强制给相关寄存器或内存赋值辅助快速定位故障。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可在轨调试的星载电子系统，其特征在于：所述系统包括星载计算机和星务下位机；所述星务下位机也连接星上CAN总线及姿态控制部件；所述星务下位机FPGA通过JTAG接口对所述星载计算机CPU进行debug，通过地面上行信道向星载计算机CPU发送各种控制指令，通过卫星下行信道传送所述CPU内部寄存器及外部存储器状态；所述JTAG接口包括TMS线、TDO线、TDI线、TCK线以及TRST线，其中，TMS线为模式选择、TDO线为数据发送、TDI线为数据接收、TCK为时钟、TRST线实现所述CPU复位。

2.根据权利要求1所述的可在轨调试的星载电子系统，其特征在于：所述星务下位机通过JTAG接口对代码进行Debug，支持断点调试以及访问星载计算机CPU内部寄存器，通过断点调试及CPU内部寄存器访问能在CPU故障情况下定位出故障的具体单元或片内外设；对星载计算机片内外存储器进行读写，实现ISP功能以修复bug。

3.一种基于如权利要求1-2任一项所述的在轨可调式星载电子系统的在轨可调试方法，包括以下步骤：

步骤1：当在轨发生异常或故障时，为排查归零，发送指令进入调试模式，由所述星务下位机当班，所述星务下位机接替所述星载计算机维持基本的控制、测控及总线管理；

步骤2：所述星务下位机FPGA通过JTAG接口对所述星载计算机CPU进行Debug，通过上行信道向所述星载计算机的CPU发送各种控制指令，通过下行信道传送CPU内部寄存器及外部存储器状态；

步骤3：所述星务下位机定位出故障单元；

步骤4：所述星务下位机通过所述JTAG接口的ISP功能更新程序，修复bug；

步骤5：退出调试模式，进入正常模式。