CN104536727A - 星敏感器软件在轨维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星敏感器软件在轨维护方法，包括以下步骤：步骤一，星敏感器应用软件与在轨维护软件进行区；步骤二，将FLASH存储区按子块方式进行划分，实现各子块的CRC校验，并将计算结果下传，以确定当前计算子块是否出现故障；步骤三，在轨维护软件可实现任意FLASH地址的在轨编程；步骤四，星敏感器应用软件利用代码重定向技术，指定函数模块的运行地址，通过数据包的地面上注，可实现函数功能模块的整体替换。本发明降低卫星平台在轨编程的难度，提高产品可靠性。

Description

星敏感器软件在轨维护方法

技术领域

本发明涉及一种维护方法，具体地，涉及一种星敏感器软件在轨维护方法。

背景技术

星敏感器主要用于测量恒星矢量在本体坐标系中的分量，它通过星图识别，并利用已知恒星的精确位置来确定卫星相对于惯性坐标系的三轴姿态。星敏感器通常由光学系统、光电探测器及信号处理电路和功能软件等四部分组成。光学系统基于计算机视觉测量理论，以恒星光信号作为输入，由星敏感器探测器将光信号转换为电信号并由后端信号处理电路完成电信号到星点质心在探测器平面投影坐标的转换。星敏感器软件通过内部固化的星库信息以及相关的特征识别算法完成星点的精确定位，从而得到星敏感器本体相对于地心惯性坐标系的三轴姿态信息。

星敏感器在轨运行的稳定性是姿轨控分系统姿态稳定性的重要保证，而星敏感器软件的功能、安全性和可修改性直接影响系统的稳定性，其中软件的可修改性在软件的生命期内具有重要的作用。为真正实现星敏感器软件在轨的可修改性，有必要进行在轨编程设计。目前星敏感器在轨编程技术在国外卫星或卫星单机得到了较为广泛的应用，而普通的在轨编程方案一般建立在专门设计的硬件基础上，切换不同的程序引导模式来实现的。与本发明相比，该方法对底层硬件有特殊要求，成本高，在轨编程数据上注量大，操作复杂，对卫星平台要求较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星敏感器软件在轨维护方法，其本发明降低卫星平台在轨编程的难度，提高产品可靠性。

根据本发明的一个方面，提供一种星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，星敏感器应用软件与在轨维护软件进行区分；在轨维护软件使用片上DSP内置BootLoader实现程序的自动引导；星敏感器应用软件由在轨维护软件的二级BootLoader功能进行引导，并实现星敏感器应用软件的程序入口地址跳转；步骤二，将FLASH存储区按子块方式进行划分，实现各子块的CRC校验，并将计算结果下传，以确定当前计算子块是否出现故障；步骤三，在轨维护软件可实现任意FLASH地址的在轨编程；步骤四，星敏感器应用软件利用代码重定向技术，指定函数模块的运行地址，通过数据包的地面上注，可实现函数功能模块的整体替换。

优选地，所述步骤一采用DSP片上BootLoader基本原理，设计用户自己的二级BootLoader功能，根据星敏感器应用软件提供的地址映射表，配置正确引导源地址及目的地址。

优选地，所述步骤二按照FLASH存储器大小，将FLASH划分为数据块，并进行统一的地址编址。

优选地，所述步骤三需完成地面数据包的接收，并根据上注数据包，按照FLASH烧写时序完成预定地址及长度的数据包进行在轨编程。

优选地，所述步骤四采用代码重定向技术，将可编程函数模块建立地址映射表，并按照模块函数代码长度预留存储空间。

优选地，所述步骤一中的在轨维护软件需包含两部分功能：二级BootLoader功能以及在轨编程功能。

优选地，所述在轨维护软件的实现包括以下步骤：在轨维护软件程序构建；星敏感器应用软件引导程序编写；在轨编程程序编写；在轨维护程序烧写。

优选地，所述星敏感器应用软件的实现包括以下步骤：星敏感器应用软件的程序构建；正常功能模块实现；函数模块入口地址重定位。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)能大幅减少软件上注数据量，降低卫星平台在轨编程的难度，可实现FLASH存储区的故障检测功能，提高星敏感器软件的可靠性。

(2)无需专门的硬件设计电路支持，硬件电路简单。

(3)上注方式灵活，充分利用BootLoader逆向设计思路，在保证在轨维护程序固定的前提条件下，可以实现任意FLASH区域单粒子打翻时的修正，也可以充分利用星敏感器DSP软件代码重定位的思想，将可执行代码指定运行位置，实现任意函数功能模块的整体替换。

(4)提高产品可靠性，可以对应用软件区域的软件重新上注烧写，具有一定的抗单粒子打翻的能力，可实现FLASH存储区任意位置的在轨编程。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为DSP片上BootLoader的索引表的基本数据结构的示意图。

图2为星敏感器二级BootLoader软件启动示意图。

图3为在轨维护软件功能示意图。

图4为星敏感器故障确认流程图。

图5为星敏感器在轨维护流程图。

图6为应用软件段的组合原理图。

图7说明了代码重定向的方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明星敏感器软件在轨维护方法包括以下步骤：

步骤一，星敏感器应用软件与在轨维护软件进行区分，在不同工程中实现，二者地址映射尤其是中断向量表的地址映射不可重叠；在轨维护软件使用片上DSP内置BootLoader实现程序的自动引导；星敏感器应用软件由在轨维护软件的二级BootLoader功能进行引导，并实现星敏感器应用软件的程序入口地址跳转；其中，步骤一采用DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)片上BootLoader基本原理，设计用户自己的二级BootLoader功能，根据星敏感器应用软件提供的地址映射表，配置正确引导源地址及目的地址。

步骤二，将FLASH存储区按子块方式进行划分，可实现各子块的CRC校验，并将计算结果下传，以确定当前计算子块是否出现故障；步骤二按照FLASH存储器大小，将FLASH划分为64字节、128字节、256字节大小不等的数据块，并进行统一的地址编址。在轨维护软件地面故障检测时，以块为单位计算CRC校验，根据计算结果确认FLASH存储区是否出现故障。

步骤三，在轨维护软件可实现任意FLASH地址的在轨编程；步骤三需完成地面数据包的接收，并根据上注数据包包含的地址、数据包长度数据等信息，按照FLASH烧写时序完成预定地址及长度的数据包进行在轨编程。

步骤四，星敏感器应用软件利用代码重定向技术，指定函数模块的运行地址，通过数据包的地面上注，可实现函数功能模块的整体替换。步骤四采用代码重定向技术，将可编程函数模块建立地址映射表，并按照模块函数代码长度预留一定的存储空间，以确保函数模块进行功能性的整体替换时，其代码长度变化不会对程序运行造成影响。

步骤一中的在轨维护软件需包含两部分功能：二级BootLoader功能以及在轨编程功能。其中，二级BootLoader功能是指上电时DSP片上BootLoader程序首先将在轨维护程序搬移到片内RAM中运行，程序取得控制权后再将用户的应用程序搬移到RAM中，并实现应用软件入口地址的跳转。在轨编程功能则根据CRC校验结果或应用软件提供各函数模块地址映射表，将接收地面上注数据包，写入FLASH区域。

在轨维护软件的实现包括以下步骤：

(A)在轨维护软件程序构建

在轨维护软件的程序构建包括编译和链接两个步骤，其中链接器产生包含各个COFF块链接信息的存储器映像文件，从而可以确定各COFF块在存储器中的地址。存储器映像文件包含COFF段大小，装入地址和运行地址等信息。在轨维护程序构建时，需与应用软件程序构建进行区分，二者构建段的映射地址不能重叠。

(B)星敏感器应用软件引导程序(二级BootLoader)编写

程序构建完毕后，需要编写用户引导程序。用户引导程序一般用汇编语言编写，用户引导程序要完成的工作，如下：(B.1)配置中断映射表地址。(B.2)根据应用软件程序构建情况，将应用软件配置在FLASH中的代码段(.text)、已初始化段(.cinit)以及重命名段(.namesection)从FLASH拷贝至片内RAM的运行地址空间。(B.3)跳转到应用软件入口_c_int00()。

(C)在轨编程程序编写

在轨编程程序实际上是一个逆向BootLoader功能。通过外部通信接口接收地面发送的待编程数据包，根据数据包提供的地址及长度信息，将上注数据包写入到指定FLASH位置。在轨编程程序实现的基本步骤如下：(C.1)FLASH地址区域划分及数据接收，将上注数据包划分为64字节、128字节和256字节方式，FLASH数据总量512K字节，三种长度的数据包总数分别为8192、4096和2048。由通信口进行代码上注，每个上注的数据包地面封装时应包含地址编号及数据包长度信息，根据地址区域的编号，确认待编程的FLASH地址。(C.2)数据包下传，当星敏感器运行出现问题，且断电重启无法恢复时，需确定FLASH故障区域。根据FLASH地址划分，分别计算各地址块的CRC校验码，并将校验码的计算结果下传，与对应区域正确的校验码进行比对，确定FLASH故障区域。(C.3)FLASH地址编程，根据FLASH上注数据包的地址信息，按照FLASH烧写时序，实现特定地址区域的FLASH编程。(C.4)在轨编程应答，每个上注数据包在轨编程完毕后，按照预定的协议，对上位机进行应答。

(D)在轨维护程序烧写

CCS中编译链接后的程序生成可执行文件，格式为公共目标文件格式(.out)。而FLASH烧写工具一般只支持ASCII十六进制格式，须用十六进制转换工具将COFF格式文件转化成.hex格式文件。下面是产生FLASH烧写文件的步骤：构建程序产生.out文件；通过十六进制转换工具将.out文件转化为.hex文件；烧写器烧写.hex文件。

星敏感器应用软件除实现正常功能外，还需建立函数可编程模块的地址映射表，为在轨维护软件提供支持，星敏感器应用软件的实现包括以下步骤：

(E)星敏感器应用软件的程序构建

星敏感器应用软件的程序构与在轨编程软件构建基本一致，不同在于对应用软件运行地址应该与在轨编程软件的运行地址进行区分，此外配置的中断映射表入口地址也应不同。

(F)正常功能模块实现

星敏感器应用软件实际上是星敏感器单机的核心。为了满足在轨维护需求，应用软件在实现正常模块功能外，功能模块函数的实现必须具备可重入性，可重入性定义为“当两个以上线程调用时，函数的结果仍能保住正确，就好像是一个线程调用函数完毕再启动另一个线程，当然实际上是插入式调用的”。实际上该项要求可以保证在轨维护时，对函数模块整体性的功能替换，只要保证函数输入输出接口一致，那么整个软件工程C运行环境不发生改变(各变量或函数地址不发生改变)，软件能够正常运行。保障可重入性的技术如下：模块化，不使用全局变量。屏蔽中断。设置标志量，用来禁止该函数使用时被再次调用。

(G)函数模块入口地址重定位

函数模块重定位实际上是在函数具备可重入性基础上，对函数中的代码段进行重命名，并指定其在SRAM(Static RAM，静态随机存储器)中的运行地址。根据函数地址的偏移量，同样可以计算得到函数在FLASH中存储地址。将可编程的代码以函数为单元划分时，可使用伪汇编指令#pragma自定义目标函数单元模块执行代码的段名，自定义段映射到指定SRAM区域。

图1表示DSP片上BootLoader的索引表的基本数据结构。将DSP配置为片上引导模式，且引导起始地址为0x900000。上电重启后，DSP会首先从0x900000开始引导程序，按照图1所式的数据结构搬移到引导表中指向的地址。星敏感器在轨维护软件应按照此数据结构进行存储，可使用十六进制转换工具将可执行文件转化为Hex文件，由烧写器将代码数据自动转换为该引导表的格式。

图2为星敏感器二级BootLoader软件启动示意图。在轨维护软件按照引导表格式存放在0x900000开始的位置，上电重启后，DSP片上BootLoader会将在轨维护软件搬移到0x000000的位置，并将程序指针指向该地址，从该地址开始运行。

图3为在轨维护软件功能示意图。应用软件在FLASH中存储位置由地面配置，应与在轨软件存储位置设置一定的预留空间。当在轨维护软件由片上BootLoader程序搬移到0x000000的位置并运行后，可执行两部分功能：其中二级BootLoader功能可以将星敏感器应用软件在FLASH中各段分别搬移到SRAM区域，并实现应用软件程序入口地址(c_int00)的跳转，从而执行星敏感器应用软件程序。为了防止中断跳转冲突，在轨维护软件与应用软件的中断向量表映射地址、代码运行地址、加载地址应予以区分；在轨编程模功能下，地面将FLASH存储器划分64字节、128字节、256字节的数据块，该模块接收上注数据包，根据数据包封装的地址编号及数据包长度，可实现数据包FLASH区域的在轨编程。在轨维护软件的功能切换由地面指令控制实现，默认情况下，星敏感器在轨维护软件直接执行二级BootLoader功能。

图4为星敏感器故障确认流程图。当星敏感器应用软件出现异常，且重启后仍然无法正常工作时，就必须对故障地址区间进行确认。星敏感器故障确认由地面测试完成。首先根据FLASH地址块的划分，计算每个地址区域的CRC校验码，并校验码、计算数据块地址编号实时下传，与地面实际校验码进行比对，确认待编程地址。

图5为星敏感器在轨维护流程。在轨维护流程包括包含FLASH区域故障修正以及函数功能模块的整体替换两个方面。故障修正由地面故障确认流程实现待编程地址的确定，函数功能模块整体替换则根据应用软件代码重定向式预先划分的地址以确认。当在轨编程地址确认后，地面通过仿真验证，确保编程数据的正确性，封装上注数据包(地址、长度及数据)，并使用通信口上注数据包。在轨维护软件接收到上注数据包后，根据数据包内容按照FLASH烧写时序完成在轨编程，数据包编程完毕后，按照预定的协议进行数据应答。所有数据包编程完毕后，断电重启。

图6为应用软件段的组合原理图。每个函数模块都有自己独立的.text段、.cinit段和.bss段。通过编译器编译链接后，每个函数相同类型的段组合在一个连续的地址空间内。如图所示，FunctionA函数单元FunctionB函数单元通过编译器产生的目标.obj文件各自包含了.text段、.cinit段和.bss段三个默认段以及其它用户自定义段。链接器将相同名称的段合并，每个目标文件的.text段合并为一个.text段，同样.cinit段和.bss段也以相同的方式组合。

图7说明了代码重定向的方法示意图。为了实现函数模块代码段(.text段)的整体替换式的在轨编程，可通过伪汇编指令#pragma CODE_SECTION自定义目标函数单元代码段(.text)的段名，并利用SECTION伪汇编指令将命名段映射到指定地址区域。当函数代码需要整体替换时，只要保证函数的可重入性以及输入输出接口不变，就可以通过重定位代码段预留空间，解决函数模块代码整体替换时长度变化对后续代码产生的数据覆盖或冗余问题，从而实现函数模块的在轨编程。

综上所述，本发明能够实现任意指定FLASH地址区域以及以函数为模块单位的代码在轨编程。该方法将星敏感器软件划分为在轨维护软件及星敏感器应用软件。其中在轨维护软件程序基于DSP片上BootLoader的基本原理，在此基础上实现应用软件的正常BOOT外，还具备上位机数据的收发应答、FLASH区域可编程及应用软件入口地址跳转等功能；星敏感器应用软件实现星敏感器正常的姿态测量功能，为减少星敏感器在轨维护时可编程代码上注量，该软件基于代码重定向的思想，以函数模块为基本可编程单元，自定义各函数重定向地址，为在轨维护软件提供函数模块单元地址映射表。本发明无需专门的硬件设计支持，能有效降低在轨编程复杂度，减少上注代码数据量，提高星敏感器软件的可靠性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，星敏感器应用软件与在轨维护软件进行区分；在轨维护软件使用片上DSP内置BootLoader实现程序的自动引导；星敏感器应用软件由在轨维护软件的二级BootLoader功能进行引导，并实现星敏感器应用软件的程序入口地址跳转；

步骤二，将FLASH存储区按子块方式进行划分，实现各子块的CRC校验，并将计算结果下传，以确定当前计算子块是否出现故障；

步骤三，在轨维护软件可实现任意FLASH地址的在轨编程；

步骤四，星敏感器应用软件利用代码重定向技术，指定函数模块的运行地址，通过数据包的地面上注，可实现函数功能模块的整体替换。

2.根据权利要求1所述的星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，所述步骤一采用DSP片上BootLoader基本原理，设计用户自己的二级BootLoader功能，根据星敏感器应用软件提供的地址映射表，配置正确引导源地址及目的地址。

3.根据权利要求1所述的星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，所述步骤二按照FLASH存储器大小，将FLASH划分为数据块，并进行统一的地址编址。

4.根据权利要求3所述的星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，所述步骤三需完成地面数据包的接收，并根据上注数据包，按照FLASH烧写时序完成预定地址及长度的数据包进行在轨编程。

5.根据权利要求1所述的星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，所述步骤四采用代码重定向技术，将可编程函数模块建立地址映射表，并按照模块函数代码长度预留存储空间。

6.根据权利要求1所述的星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，所述步骤一中的在轨维护软件需包含两部分功能：二级BootLoader功能以及在轨编程功能。

7.根据权利要求1所述的星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，所述在轨维护软件的实现包括以下步骤：在轨维护软件程序构建；星敏感器应用软件引导程序编写；在轨编程程序编写；在轨维护程序烧写。

8.根据权利要求1所述的星敏感器软件在轨维护方法，其特征在于，所述星敏感器应用软件的实现包括以下步骤：星敏感器应用软件的程序构建；正常功能模块实现；函数模块入口地址重定位。