CN104750475A - 一种卫星在轨重构框架系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于航天领域，提供了一种微小卫星在轨重构框架系统和方法，所述系统包括应用层、系统接口层和端口驱动层，所述系统接口层，包括核心调度层、数据交换层，第一接口表单和第二接口表单；核心调度层通过所述第一接口表单调用和运行应用层中相应的应用层模块；数据交换层通过所述第二接口表单将应用层对外数据输入输出请求转发到相应端口驱动层接口模块中。由于本发明实施例中通过第一和第二接口表单即可调用、修改或调整相应的应用层模块或端口驱动层模块地址，可实现在轨重构软件，显著提高软件适应能力，有效满足微小卫星研制后期或者在轨期间需求变化。

Description

一种卫星在轨重构框架系统和方法

技术领域

本发明属于航天领域，尤其涉及一种微小卫星在轨重构框架系统和方法。

背景技术

当前的微小卫星研发模式中，星上软件按照软件工程化要求进行开发，并与整星一起，作为一个整体进行测试、发射和在轨运行。目前，卫星在轨任务更新通过代码上注实现，主要实现方式包括：

1、软件代码整体上注

卫星在轨运行期间，地面将修改并重新编译后的整个软件代码通过高速上行通道整体上注到星上，并通过指令将当前软件运行跳转到上注软件运行，原软件被抛弃。

2、使用钩子函数

在星上软件中部分位置预埋钩子函数，在轨运行时，上注新代码，星上软件自动通过钩子函数调用执行该代码，实现上注功能。

3、修改调用方式实现函数上注

卫星在轨运行过程中，将修改编译后新函数代码上注到星上，并人工查找被替换函数的入口地址和调用语句地址，并使用新函数入口地址替换原函数入口地址计算并生成调用语句执行机器码，并将其上注替换原调用语句执行机器码，星上软件运行到该指令码时，将会按照要求调用新函数，完成软件修改功能。

目前所述的以上方法，在第一种模式中，软件研发耗时长，而且对于需求变化的适应能力较弱；在第二和第三种模式中，上注代码仅修正部分错误或新增额外有限功能，不支持星上软件在轨重构功能（包括功能增、删、改、调整执行顺序等），不能有效满足卫星研制后期或在轨期间需求的变化，不能真正有效缩短研制周期以满足快速响应要求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种卫星在轨重构框架系统，以解决现有技术软件适应能力较弱、不能有效满足卫星研制后期或者在轨期间需求变化的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种卫星在轨重构框架系统，所述系统包括应用层、系统接口层和端口驱动层，其中：

所述应用层，包括多个应用层模块，所述应用层模块可用于完成星上软件各项具体功能，每个应用层模块具有规格化对外接口；

所述系统接口层，包括核心调度层、数据交换层，第一接口表单和第二接口表单；其中：第一接口表单存储有每个应用层模块的规格化对外接口地址和各参数地址；第二接口表单存储有每个端口驱动层模块的规格化对外接口地址；核心调度层通过所述第一接口表单调用和运行应用层中相应的应用层模块；数据交换层通过所述第二接口表单将应用层对外数据输入输出请求转发到相应端口驱动层接口模块中；

所述端口驱动层，用于与所述系统接口层连接，直接与外部接口交互，实现系统接口层与外部软硬件的数据收发。

进一步的，所述端口驱动层对外接口为规格化接口，所述数据交换层存储有包括端口驱动层模块的地址的第二接口表单，所述数据交换层根据数据输入输出请求通过所述第二接口表单调用端口驱动层相应的端口驱动层模块。

进一步的，所述数据交换层的对外接口与所述端口驱动层的对外接口一致。

进一步的，所述数据交换层的对外接口包括初始化接口、指令执行接口、模块主程序接口、数据输入接口和数据输出接口。

进一步的，所述应用层模块具有的规格化对外接口包括：初始化接口、模块指令处理接口和模块主程序接口。

本发明实施例的另一目的在于提供一种根据所述微小卫星在轨重构框架系统的卫星在轨重构框架的方法，所述方法包括：

系统接口层接收上注数据块，修改第一接口表单内容，删除应用层功能模块地址，完成功能删除；

系统接口层接收上注数据块，接收上注新模块并修改第一接口表单内容，增加新功能模块地址，完成功能增加；

系统接口层接收上注数据块，接收上注修改后功能模块并修改第一接口表单内容，完成功能修改；

系统接口层接收上注数据块，修改第一接口表单内容，完成功能执行顺序调整；

系统接口层根据第一接口表单，调用相应的应用层模块，完成相应的功能。

进一步的，所述方法还包括：

系统接口层接收上注数据块，修改第二接口表单内容，删除端口驱动层接口模块地址，完成外部接口删除目的；

系统接口层接收上注数据块，接收上注新模块并修改第二接口表单内容，增加端口驱动层新接口模块地址，完成外部接口增加目的；

系统接口层接收上注数据块，接收上注修改后代码模块并修改第二接口表单内容，完成外部接口模块修改目的；

系统接口层根据第二接口表单，调用相应的端口驱动层模块，提供相应的接口以完成数据交换。

本发明实施例所述卫星在轨重构框架系统，通过系统接口层设置或修改第一接口表单内容，调用和运行应用层中的对应的应用层模块，完成相应功能，通过第二表单调整或者修改相应的端口驱动层的模块，将应用层需要交换的数据转发到端口驱动层，由端口驱动层实现系统接口层与外部软硬件的数据收发。由于本发明实施例中通过第一接口表单即可调用或修改相应的应用层模块和修改应用层模块中参数，通过第二表单可调用或修改相应的端口驱动层模块，可显著提高软件适应能力，有效满足卫星研制后期或者在轨期间需求变化。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的卫星在轨重构框架系统的结构框图；

图2是本发明第一实施例提供的模块主程序接口地址和参数表单示意图；

图3是本发明第一实施例提供的核心调度层调用各个应用层模块的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中的卫星在轨框架重构方法，包括：

1、  软件代码整体上注：该方式需要在一个测控窗口内上注完整软件代码，需要高速上行通道支持，不适合一般微小卫星使用；且该方式不管修改多少代码，均需要整个软件重新编译上注，上注风险大且需要时间长。

2、  使用钩子函数：该方式只能对预埋了钩子的函数进行有限功能增加，不能对其它函数进行修改，使用限制大。

3)、修改调用方式实现函数上注：该方式在上注时需要对函数调用地址进行人工生成可执行代码，操作复杂且容易出错，对于功能增加和功能删除操作工作量大且操作过于复杂，不适合作为常规在轨上注方案；且该方式无法支持在轨调整功能执行顺序操作。

针对上述缺陷，本发明实施例提供一种新的卫星在轨框架重构系统和方法，在以下实施例中具体进行说明。

实施例一：

如图1所示为本发明实施例提供的卫星在轨重构框架系统，所述系统包括应用层、系统接口层和端口驱动层，其中：

所述应用层，包括多个应用层模块，每个应用层模块具有规格化对外接口；具体接口包括：初始化接口、模块指令处理接口和模块主程序接口；其中：初始化接口负责初始化模块；指令处理接口负责对模块相关指令进行处理；模块主程序完成模块实际功能。

所述端口驱动层，包括多个外部软硬件接口模块，每个外部软硬件接口模块具有规格化对外接口，其对外接口包括初始化接口、指令执行接口、模块主程序接口、数据输入接口和数据输出接口。

所述系统接口层包括核心调度层、数据交换层、第一接口表单和第二接口表单，其中：

第一接口表单可设置3张表单，分别对应应用层各功能模块三个规格化对外接口。核心调度层每周期按照设定的顺序调用表单内容运行，并将输出数据通过数据交换层输出；第二接口表单可设置5张表单，分别对应端口驱动层各接口模块五个规格化对外接口。端口驱动层按照输入输出数据请求标志将相应操作转发给相应接口模块执行。

具体如下：第一接口表单模块主程序接口地址和参数表单如图2所示，该表单包括各模块的主函数地址和模块主函数参数1至n的地址，其它两个表单与之类似。

核心调度层通过第一接口表单调用各功能模块方式如图3所示。各应用层模块对外接口为规格化接口，核心调度层通过第一接口表单中包括的应用层模块的地址，相应的可以调用各个应用层模块，差异化参数设置为参数地址（该参数地址可为数据结构或数组结构形式），并将该参数地址写入第一接口表单，运行时，各模块通过数据类型转换，将核心调度层输入参数地址转换为各应用层模块实际需要的参数。

通过以上设计，核心调度层调用应用层模块功能/数据交换层调用端口驱动层实现数据交互功能转换为表单内容读取和执行操作，功能简单，易于实现，且与项目无关，可实现快速开发和项目间代码复用。

在轨软件功能修改举例如下：

卫星在轨运行期间，地面上注修改后功能模块代码，星上软件核心调度层将其置于RAM上注区，并根据上注数据块指令删除第一接口表单的原功能模块相应函数和参数地址，并添加新上注功能模块函数和参数地址，下一周期，核心调用层将根据第一接口表单内容自动调用新功能模块，以替代原功能模块，从而达到模块级功能修改目的。

实施例二：

本发明第二实施例提供的卫星在轨重构框架方法，其实施方法以卫星在轨重构框架系统为基础，所述系统包括应用层、系统接口层和端口驱动层，其中：

所述应用层，包括多个应用层模块，所述应用层模块可用于完成星上软件各项具体功能，每个应用层模块具有规格化对外接口；

所述系统接口层，包括核心调度层、数据交换层，第一接口表单和第二接口表单；其中：第一接口表单存储有每个应用层模块的规格化对外接口地址和各参数地址；第二接口表单存储有每个端口驱动层模块的规格化对外接口地址；核心调度层通过所述第一接口表单调用和运行应用层中相应的应用层模块；数据交换层通过所述第二接口表单将应用层对外数据输入输出请求转发到相应端口驱动层接口模块中；

所述端口驱动层，用于与所述系统接口层连接，直接与外部接口交互，实现系统接口层与外部软硬件的数据收发。

所述卫星在轨重构框架方法具体步骤详述如下：

系统接口层接收上注数据块，修改第一接口表单内容，删除应用层功能模块地址，完成功能删除。

系统接口层接收上注数据块，接收上注新模块并修改第一接口表单内容，增加新功能模块地址，完成功能增加；

系统接口层接收上注数据块，接收上注修改后功能模块并修改第一接口表单内容，完成功能修改；

系统接口层接收上注数据块，修改第一接口表单内容，完成功能执行顺序调整；

系统接口层根据第一接口表单，调用相应的应用层模块，完成相应的功能。

进一步的，所述在轨重构指令还包括第二接口表单，所述方法还包括：

系统接口层接收上注数据块，修改第二接口表单内容，删除端口驱动层接口模块地址，完成外部接口删除；

系统接口层接收上注数据块，接收上注新模块并修改第二接口表单内容，增加端口驱动层新接口模块地址，完成外部接口增加；

系统接口层接收上注数据块，接收上注修改后代码模块并修改第二接口表单内容，完成外部接口模块修改；

系统接口层根据第二接口表单，调用相应的端口驱动层模块，提供相应的接口以完成数据交换。

进一步的，所述方法还包括：

系统接口层接收上注的应用层模块和相应的第一接口表单，和/或端口驱动层模块和相应的第二接口表单；

根据第一接口表单调用相应的应用层模块，完成相应的功能；和/或根据第二接口表单调用相应的端口驱动层模块，提供相应的接口以完成数据交换。

本发明实施例可用于整星测试，甚至发射入轨正常运行。后续，将开发测试完善的具备规格化接口的应用层模块和端口驱动层模块上注，并修改相应表单内容，即可方便实现软件在轨重构，该重构不仅可支持新功能上注、原功能删除和修改等，还支持功能执行顺序调整，以更好的满足卫星任务需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微小卫星在轨重构框架系统，其特征在于，所述系统包括应用层、系统接口层和端口驱动层，其中：

所述应用层，包括多个应用层模块，所述应用层模块可用于完成星上软件各项具体功能，每个应用层模块具有规格化对外接口；

所述系统接口层，包括核心调度层、数据交换层，第一接口表单和第二接口表单；其中：第一接口表单存储有每个应用层模块的规格化对外接口地址和各参数地址；第二接口表单存储有每个端口驱动层模块的规格化对外接口地址；核心调度层通过所述第一接口表单调用和运行应用层中相应的应用层模块；数据交换层通过所述第二接口表单将应用层对外数据输入输出请求转发到相应端口驱动层接口模块中；

所述端口驱动层，用于与所述系统接口层连接，直接与外部接口交互，实现系统接口层与外部软硬件的数据收发。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述端口驱动层对外接口为规格化接口，所述数据交换层存储有包括端口驱动层模块的地址的第二接口表单，所述数据交换层根据数据输入输出请求通过所述第二接口表单调用端口驱动层相应的接口模块。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述数据交换层的对外接口与所述端口驱动层的对外接口一致。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述数据交换层的对外接口包括初始化接口、指令执行接口、模块主程序接口、数据输入接口和数据输出接口。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述应用层模块具有的规格化对外接口包括：初始化接口、模块指令处理接口和模块主程序接口。

6.根据权利要求1所述的卫星在轨重构框架方法，其特征在于，所述方法包括：

系统接口层接收上注数据块，修改第一接口表单内容，删除应用层功能模块地址，完成功能删除；

系统接口层接收上注数据块，接收上注新模块并修改第一接口表单内容，增加新功能模块地址，完成功能增加；

系统接口层接收上注数据块，接收上注修改后功能模块并修改第一接口表单内容，完成功能修改；

系统接口层接收上注数据块，修改第一接口表单内容，完成功能执行顺序调整；

系统接口层根据第一接口表单，调用相应的应用层模块，完成相应的功能。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述在轨重构指令还包括第二接口表单，所述方法还包括：

系统接口层接收上注数据块，修改第二接口表单内容，删除端口驱动层接口模块地址，完成外部接口删除；

系统接口层接收上注数据块，接收上注新模块并修改第二接口表单内容，增加端口驱动层新接口模块地址，完成外部接口增加；

系统接口层接收上注数据块，接收上注修改后代码模块并修改第二接口表单内容，完成外部接口模块修改；

系统接口层根据第二接口表单，调用相应的端口驱动层模块，提供相应的接口以完成数据交换。

8.根据权利要求6或要求7所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

系统接口层接收上注的应用层模块和相应的第一接口表单，和/或端口驱动层模块和相应的第二接口表单；

根据第一接口表单调用相应的应用层模块，完成相应的功能；和/或根据第二接口表单调用相应的端口驱动层模块，提供相应的接口以完成数据交换。