CN105137863B - 空间飞行器控制管理SoC芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种空间飞行器控制管理SoC芯片。所述芯片包括多核处理器和外围设备与接口，同时集成了自主定制功能模块和大规模可编程设备。本发明解决了传统卫星星载计算机性能不高、接口不丰富的问题。本发明的应用取得了提高卫星星载计算机处理能力、功能密度与可靠性等有益效果。

Description

空间飞行器控制管理SoC芯片
技术领域
本发明涉及星载电子系统，具体地，涉及空间飞行器控制管理SoC芯片，尤其是可以作为星载计算机的高性能处理器。
背景技术
本发明应用之前，传统的卫星电子系统以相互独立的电气和电子系统完成比较复杂的功能，系统需求、功耗、集成度、通用性均未经优化；现有综合电子系统相对于传统卫星电子系统取得了较大的进步，但重量和功耗未取得数量级的降低，功能密度比未完成大幅度的提升；随着计算机和电子技术的进步，以及星载综合电子系统的发展，均表明航天器的各个分系统出现了集成化、轻型化的趋势。SoC技术能够很好地满足综合电子系统的灵活性、高可靠性、高功能密度和高效率等的需求，因此研究空间飞行器控制管理SoC处理器芯片十分必要。
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空间飞行器控制管理SoC芯片。
根据本发明提供的一种空间飞行器控制管理SoC芯片，SoC芯片集成有包括处理器、功能模块、接口控制模块在内的装置；SoC芯片能够与包括模拟电路、可编程设备在内的装置集成为SIP。
优选地，所述SoC芯片采用四核SPARC V8处理器，作为芯片微处理器；所述SoC芯片采用AMBA2.0片上总线，作为片内通信总线。
优选地，所述SoC芯片集成有如下任一种或任多种装置：
PWM脉宽调制模块，PWM脉宽调制模块用于步进电机控制；
传感器信号控制模块，传感器信号控制模块用于光电编码器和霍尔传感器的信号处理；
陀螺信号解调与控制模块，陀螺信号解调与控制模块用于处理陀螺信号处理与生成陀螺控制信号；
遥控数据解析模块，遥控数据解析模块用于完成遥控数据处理。
优选地，所示SoC芯片配置有如下任一种或任多种装置：
DSU在线调试接口，DSU在线调试接口用于芯片在线调试；
存储器控制接口，存储器控制接口用于提供各种存储器扩展功能，用于存储芯片处理数据；
用于与其他设备的通信与数据交互的1553B接口、SpaceWire接口、PCI接口、ARINC659接口、UART接口、GPIO接口。
优选地，所述SoC芯片内部所有模块的使能端均由芯片微处理器控制。
优选地，所述AMBA2.0片上总线，主要由AHB/APB桥、AHB总线和APB总线构成，AHB总线用于挂载芯片微处理器和高速设备，APB总线用于挂载低速设备，AHB/APB桥用于实现AHB协议与APB协议的转换以及AHB总线和APB总线之间的通信与数据交互。
优选地，所述遥控数据解析模块，用于完成多路遥控数据的选择，并可按照CCSDS帧格式处理遥控数据，完成遥控帧的CRC校验或加扰功能。
优选地，1553B接口符合MIL-STD-1553B标准总线接口，支持BC、RT、MT模式；
SpaceWire接口符合ECSS-E-50-12A标准；
PCI接口符合PCI2.0标准，支持Targer和Master模式，具有DMA功能；
ARINC659接口符合ARINC659标准的总线接口；
UART接口共10路，采用差分电平，其中的5路配置为异步通信或同步通信模式，其中的另外5路均为异步通信模式；
GPIO接口的输出模式下每一位的输出状态独立配置成高电平和低电平两种状态，输入模式下通过读取寄存器即获取每一位的当前状态。
优选地，通过UART接口实现在线调试，支持单核或多核调试模式，拥有对全系统可见地址区域的访问权限。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明具有高集成度、低功耗、高通用性、低成本、高性能、通用性强等优点。
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为本发明原理示意图；
图2为本发明的实施流程图。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种空间飞行器控制管理SoC芯片，主要包括基于四核SPARCV8处理器和AMBA2.0片上总线、自主定制功能模块、常见接口控制模块的SoC，以及基于SoC和FPGA、SRAM、ADC/DAC、MUX、TCU的SIP。
本发明基于SoC的SIP架构，采用四核SPARC V8处理器，采用AMBA2.0片上总线，集成了PWM脉宽调制模块，集成了传感器信号控制模块，集成了陀螺信号解调与控制模块，集成了遥控数据解析模块，集成了1553B接口、SpaceWire接口、PCI接口、ARINC659接口、UART接口、GPIO接口，支持在线调试。
所述的基于SoC的SIP架构，将处理器、主要功能模块、接口控制模块以及其他数字电路集成于SoC，再将SoC与模拟电路、可编程设备、有特殊要求或不宜进行SoC集成的电路集成于SIP。
所述的四核SPARC V8处理器，基于单核SPARC V8处理器构建的四核SMP结构，支持单/双(32bit/64bit)精度浮点运算，拥有32KB指令缓存和16KB数据缓存，采用IEEE-1754标准的SPARC V8RISC指令集，运算能力不低于100MHz，200MIPS。
所述的AMBA2.0片上总线，由AHB/APB桥、AHB总线和APB总线构成，AHB总线主要挂载处理器和高速设备，APB总线主要挂载低速设备，AHB/APB桥主要实现AHB协议与APB协议的转换以及两条总线之间的通信与数据交互。
所述的PWM脉宽调制模块，4路，软件可编程；PWM斩波频率可配置为1kHz～500kHz，分辨率优于0.01Hz；PWM占空比范围0～100％，分辨率优于0.1％；上下桥臂开通死区时间可配置，范围为0～5us，分辨率优于0.1us。
所述的传感器信号控制模块，可处理光电编码器和霍尔传感器的信号；光电编码器为时钟信号、读取高低电平，监测2路相位差，1M采集时钟；霍尔信号为方波信号，幅值一定，频率根据电流发生变化，3路。
所述的陀螺信号解调与控制模块，可处理陀螺输入的模拟量数据，通过AD采样处理后，通过DA输出4路控制通道。
所述的遥控数据解析模块，完成多路遥控数据的选择，并可按照CCSDS帧格式处理遥控数据，完成遥控帧的CRC校验或加扰等功能。
所述的1553B接口、SpaceWire接口、PCI接口、ARINC659接口、UART接口、GPIO接口：1553B接口符合MIL-STD-1553B标准总线接口，支持BC、RT、MT模式；SpaceWire接口符合ECSS-E-50-12A标准；PCI接口符合PCI2.0标准，支持Targer和Master模式，具有DMA功能；ARINC659接口符合ARINC659标准的总线接口；UART接口共10路，采用差分电平，5路可通过软件配置为异步通信或同步通信模式，其余5路均为异步通信模式；GPIO接口输出模式下每一位的输出状态可以独立配置成高电平和低电平两种状态，输入模式下通过读取寄存器即可获取每一位的当前状态。
所述的支持在线调试，通过UART接口实现在线调试，支持单核或多核调试模式，拥有对全系统可见地址区域的访问权限。
本发明所提供芯片的使用步骤包括：
上电，初始化设备(包括片内寄存器、功能模块参数、外部接口配置等)；
根据装载的软件，执行相应的程序(包括星时管理、遥测组帧、遥控编码、自主任务规划、轨道计算、姿态调整等)；
检查中断(包括应急指令等)；
根据情况相应中断(包括应急程序等)。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种空间飞行器控制管理SoC芯片，其特征在于，SoC芯片集成有包括处理器、功能模块、接口控制模块在内的装置；SoC芯片能够与包括模拟电路、可编程设备在内的装置集成为SIP；
所述SoC芯片采用四核SPARC V8处理器，作为芯片微处理器；所述SoC芯片采用AMBA2.0片上总线，作为片内通信总线；
所述SoC芯片集成有如下任一种或任多种装置：
PWM脉宽调制模块，PWM脉宽调制模块用于步进电机控制；
传感器信号控制模块，传感器信号控制模块用于光电编码器和霍尔传感器的信号处理；
陀螺信号解调与控制模块，陀螺信号解调与控制模块用于处理陀螺信号与生成陀螺控制信号；
遥控数据解析模块，遥控数据解析模块用于完成遥控数据处理；
所述 SoC芯片配置有如下任一种或任多种装置：
DSU在线调试接口，DSU在线调试接口用于芯片在线调试；
存储器控制接口，存储器控制接口用于提供各种存储器扩展功能，用于存储芯片处理数据；
用于与其他设备的通信与数据交互的1553B接口、SpaceWire接口、PCI接口、ARINC659接口、UART接口、GPIO接口；
所述AMBA2.0片上总线，主要由AHB/APB桥、AHB总线和APB总线构成，AHB总线用于挂载芯片微处理器和高速外围设备，APB总线用于挂载低速外围设备，AHB/APB桥用于实现AHB协议与APB协议的转换以及AHB总线和APB总线之间的通信与数据交互；
1553B接口符合MIL-STD-1553B标准总线接口，支持BC、RT、MT模式；
SpaceWire接口符合ECSS-E-50-12A标准；
PCI接口符合PCI2.0标准，支持Targer和Master模式，具有DMA功能；
ARINC659接口是符合ARINC659标准的总线接口；
UART接口共10路，采用差分电平，其中的5路配置为异步通信或同步通信模式，其中的另外5路均为异步通信模式；
GPIO接口的输出模式下每一位的输出状态独立配置成高电平和低电平两种状态，输入模式下通过读取寄存器即获取每一位的当前状态。
2.根据权利要求1所述的空间飞行器控制管理SoC芯片，其特征在于，通过UART接口实现在线调试，支持单核或多核调试模式，拥有对全系统可见地址区域的访问权限。
3.根据权利要求1所述的空间飞行器控制管理SoC芯片，其特征在于，所述SoC芯片内部所有模块的使能端均由芯片微处理器控制。
4.根据权利要求1所述的空间飞行器控制管理SoC芯片，其特征在于，所述遥控数据解析模块，用于完成多路遥控数据的选择，并可按照CCSDS帧格式处理遥控数据，完成遥控帧的CRC校验或加扰功能。
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