CN107168721B - 星载多处理器软件集中存储加载装置、方法及更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置、加载方法及软件更新方法，加载装置包括总线、控制模块、n个处理模块；所述总线连接所述控制模块和所述n个处理模块，完成所述控制模块和所述处理模块的数据交换；所述处理模块完成星载数据的处理，所述处理模块不包含存储加载程序的存储器；所述控制模块完成所述处理模块加载软件的调度及存储，所述处理模块的加载软件存储在所述控制模块的存储器中。本发明可大大节省元器件成本，节省印制板布板空间，使产品的功耗减小、重量减轻，方便软件更新维护。

Description

星载多处理器软件集中存储加载装置、方法及更新方法

技术领域

本发明涉及加载技术领域，尤其涉及一种星载多处理器软件集中存储加载装置、加载方法及软件更新方法。

背景技术

当前在空间飞行器电子系统中大都是利用DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)为核心的信息处理模块，电子系统的功能和性能很大程度依赖DSP、FPGA软件来实现。为了提高处理能力，多通道、多处理模块的并行处理架构是必然的趋势和发展方向。

常规的星载处理模块软件配置，如图1所示，处理模块包括DSP、FPGA、配置存储器和电源，常用的DSP、FPGA软件加载方式是在同一块处理模块上放置存储器PROM(Programmable Read-Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory)或FLASH(Flash EEPROM Memory)等，来实现软件加载。所述传统处理模块的优点在于结构简单、加载方便，但每一个处理模块都需要一个配置存储器。如果是多个处理模块并行计算，那么分布式的配置存储器就存在数量多、占用面积、价格昂贵、不易实现星载环境下软件更新等诸多缺点。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供了一种星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置、加载方法及软件更新方法，用以解决现有星载处理设备多个处理模块并行计算，分布式的配置存储器存在的数量多、占用面积大、价格昂贵、不易实现星载环境下软件更新等诸多问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置，其特征在于：包括总线、控制模块和多个处理模块；所述总线分别连接所述控制模块和所述多个处理模块，用于所述控制模块和多个处理模块间的数据交换；所述控制模块设置有存储器，处理模块需加载的软件存储在该存储器中，所述控制模块进行加载软件的调度，将需加载的软件输出至相应处理模块；所述处理模块根据所加载的软件进行星载数据的处理。

进一步地，所述总线为CAN总线。

进一步地，所述控制模块由CPU、FPGA、FLASH、DDR、CAN总线接口、LVDS接口组成；所述CPU将上位机或数管计算机发送过来的指令进行解析，并执行相应功能的软件流程；所述FLASH存储所述处理模块的加载程序文件；所述FPGA实现CPU与上位机或数管计算机数据交换的控制、FLASH与CAN总线接口数据交换的控制；所述LVDS接口连接上位机或数管计算机，接收上位机或数管计算机发送过来的指令或信息；所述DDR作为FPGA的外部数据缓存器与FPGA相连。

进一步地，所述处理模块包括电源模块、DSP、FPGA和CAN总线接口，所述处理模块的加载程序是所述控制模块通过CAN总线传输到所述处理模块的。

进一步地，所述CAN总线接口电路包括D1和D2，所述D1为PHILIPS的CAN总线协议控制芯片SJA1000，所述D2为PHILIPS的CAN总线接口传输芯片PCA82C250。

进一步地，所述CAN总线传输数据方式是广播方式。

一种星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置的软件加载方法，包括以下步骤：

步骤1、设备加电后，控制模块和处理模块处于工作状态；

步骤2、初始化总线控制器；

步骤3、所述控制模块的CPU通过指令，广播告知各所述处理模块准备接收处理软件配置项文件；

步骤4、所述控制模块的CPU通过总线广播处理软件配置项文件到各所述处理模块；

步骤5、所述处理模块的DSP接收到该配置文件，解析、校验通过后，拷贝到片内存储器中；

步骤6、所述处理模块的DSP运行指针跳转到配置文件入口处运行。

一种星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置的在轨软件更新方法，包括以下步骤：

步骤1、将需要上载的处理软件的配置项文件，在地面拆分成适合测控链路的短指令；

步骤2、将所述短指令逐一通过测控通道上注给在轨飞行的目标飞行器；

步骤3、数管计算机接收、解析、校验后将所述短指令转发给载荷的上位机；

步骤4、所述上位机通过LVDS接口将携带所述新文件的短指令转发给控制模块的CPU；

步骤5、所述控制模块的CPU解析校验后将所述配置项文件存储到控制模块的FLASH中；

步骤6、通过总线将所述配置项文件加载到各处理模块中运行。

进一步地，所述短指令为256字节。

本发明有益效果如下：

1)大大节省元器件成本。原本存放在各模块的存储器节省了，按照5块处理模块计算，现有技术方案节省80％的存储使用量。使用本发明，将为项目大大节省器件成本。

2)节省印制板布板空间。航天产品的小型化设计相对于其他平台一直都是要求最高的。省器件的同时自然也会省空间，同时有利于处理模块的通用化设计。

3)使产品的功耗减小、重量减轻。航天电子产品的能源来自于星上太阳能电池阵，在有限的电池资源下，航天电子产品的功耗和体积往往的非常受限，本发明对产品体积、重量、功耗等方面设计都是有益的。

4)方便软件更新维护。控制模块上设计的可擦写存储器用于在轨软件更新。采用集中管理软件目标代码的方式，将软件放置在控制模块里，只需改写一处即实现了所有处理模块软件的版本更新。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为常规星载处理模块软件配置原理框图

图2为集中式存储加载原理框图

图3为控制模块原理框图

图4为优化后的处理模块原理框图

图5为CAN总线接口电路图

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的一个具体实施例，公开了一种星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置，所述加载装置将配置存储器剥离出来利用总线加载技术实现集中软件存储和在轨维护，如图2所示，包括总线、控制模块、处理模块；所述总线为CAN总线，连接所述控制模块和所述处理模块，完成所述控制模块和所述处理模块的数据交换；所述处理模块完成星载数据处理的工作，所述处理模块可以是n个模块并行处理星载数据，所述n大于等于1，所述处理模块不包含存储加载程序的存储器；所述控制模块完成所述处理模块加载软件的调度及存储，所述处理模块的加载软件存储在所述控制模块的存储器FLASH中。所述控制模块可接收上位机或数管计算机的指令或数据信息M/CI，存储或更新所述处理模块的加载软件，通过CAN总线将所述加载软件加载到所述处理模块中。

处理模块软件加载过程:所述控制模块加电后将存储器FLASH中的处理加载程序文件读出，经CAN总线广播到所述处理模块，所述处理模块根据CAN总线接收到的配置文件，重新配置DSP或FPGA，实现多通道并行处理和运算的能力，所述处理模块的输入信号是射频或中频信号。

处理模块软件的在轨软件更新维护，是指航天器发射入轨以后，若需更新处理算法和优化软件功能，则需通过星地链路将新版加载程序文件上传并改写指定的存储器单元。传统的分布式处理结构就需要更新多处存储器单元，更新时间长、易出错。在本发明中，由于所述处理模块加载程序文件集中存储在控制模块中，在轨软件更新维护时，新版加载程序文件通过星地链路上传并改写所述控制模块中的存储器，再由控制模块通过CAN总线，将相应的加载程序文件分发给各处理模块，完成处理模块的在轨软件更新维护。由于所述处理模块的加载程序文件都集中存储在所述控制模块中的存储器中，只需一次上传就能完成所有处理模块的在轨软件更新维护，因此本发明所述的集中存储加载方式可方便实现软件更新与维护。

所述控制模块的作用在于软件调度及软件存储，通过总线将处理模块所需的DSP、FPGA软件分发给各处理模块。如图3所示，所述控制模块由CPU、FPGA、FLASH、DDR、CAN接口、LVDS接口等硬件组成。所述CPU将上位机或数管计算机发送过来的指令进行解析，并执行相应功能的软件流程；所述FLASH存储处理加载程序文件；所述FPGA实现CPU与上位机或数管计算机数据交换的控制、FLASH与CAN接口数据交换的控制；所述LVDS接口连接上位机，接收上位机或数管计算机发送过来的指令；所述DDR作为FPGA的外部数据缓存器与FPGA相连。当处理功能变化或者更新时，CPU将所需处理软件通过CAN总线发给处理板，以实现软件加载重构的目的。

所述处理模块完成大量数据处理工作，如图4所示，包括电源模块、DSP、FPGA和CAN总线接口电路，电源模块、DSP与FPGA的作用、连接关系与背景技术中介绍的星载处理模块中的电源模块、DSP与FPGA的相同，所述CAN总线接口电路，通过CAN总线与所述控制模块相连接，通过总线传输协议，接收、解析、还原出控制模块FLASH中相应的软件程序，完成DSP与FPGA的软件加载。其优点是所述处理模块中简化了存储器。

各所述处理模块作为所述CAN总线里的各个独立的节点，设置PeliCAN工作模式，设置双滤波器接收，可方便使用广播地址，当控制CPU向广播地址发送数据时，各路处理模块CAN节点能同时接收接收到所述处理软件目标代码文件，接收后将其置于DSP内的SRAM(StaticRAM)中运行。

所述CAN总线接口电路原理如图5所示，D1为PHILIPS的CAN总线协议控制芯片SJA1000，D2为PHILIPS的CAN总线接口传输芯片PCA82C250。

所述D1的电原理图连接关系描述如下：

1)ALEA为地址有效，高电平时选择地址总线；

2)

为片选信号，低电平时可进行数据读写访问；

3)

为读有效，低电平时可进行读操作；

4)

为写有效，低电平时可进行写操作；

5)D1的MODE管脚为模式选择，高电平为Inter模式，低电平为Motorola模式；

6)CLKOUT时钟输出，可不用；

7)CANCLK连接XTAL1管脚为振荡器放大电路输入；

8)CANINTA为中断反馈；

9)

为复位CAN总线协议控制芯片；

10)5vD0至5vD7，为数据/地址总线；

11)CANA+、CANA-，为高、低电平CAN电压输入/输出。

所述D2的电原理图连接关系描述如下：

1)TXD连接所述D1的TX0；

2)RXD连接所述D1的RX0；

3)VREF连接所述D1的RX1；

4)CANH连接至模块外面的CANA+；

5)CANL连接至模块外面的CANA-；

6)RS接地。

CAN总线传输数据有多种方式，最高效的方式是广播方式，各模块能够同时接收到数据，缩短了软件加载的时间。

本实施例中CAN总线传输控制的处理模块软件加载方法，包括以下步骤：

步骤1、设备加电后，控制模块和处理模块处于工作状态；

步骤2、初始化CAN总线控制器；

步骤3、所述控制模块的CPU通过指令，广播告知各所述处理模块准备接收处理软件配置项文件；

步骤4、所述控制模块的CPU通过CAN总线广播处理软件配置项文件到各所述处理模块；

步骤5、所述处理模块的DSP接收到该配置文件，解析、校验通过后，拷贝到片内存储器中；

步骤6、所述处理模块的DSP运行指针跳转到配置文件入口处运行，从而实现了集中存储、广播加载的功能。

本实施例只是以CAN总线为例，给出了寄存器的一种常规配置，利用协议芯片中对滤波器的设计达到广播发送数据的效果。从而实现集中式存放各处理模块的处理软件。本发明技术方案也适用于其他总线形式。

本实施例中，处理模块软件的在轨软件更新维护的方法包括以下步骤：

步骤1、将需要上载的处理软件的配置项文件，以下简称新文件，在地面拆分成适合测控链路的短指令，可为256字节；；

步骤2、将所述短指令逐一通过测控通道上注给在轨飞行的目标飞行器；

步骤3、数管计算机接收、解析、校验后将所述短指令转发给载荷的上位机；

步骤4、所述上位机通过所述的LVDS接口将携带所述新文件的短指令转发给所述控制模块的CPU；

步骤5、所述控制模块的CPU解析校验后将所述新文件存储到控制模块FLASH中；

步骤6、通过CAN总线将所述新文件加载到各所述处理模块中运行。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

1)大大节省元器件成本。原本存放在各模块的存储器节省了，按照5块处理模块计算，现有技术方案节省80％的存储使用量。使用本发明，将为项目大大节省器件成本。

2)节省印制板布板空间。航天产品的小型化设计相对于其他平台一直都是要求最高的。省器件的同时自然也会省空间，同时有利于处理模块的通用化设计。

3)使产品的功耗减小、重量减轻。航天电子产品的能源来自于星上太阳能电池阵，在有限的电池资源下，航天电子产品的功耗和体积往往的非常受限，本发明对产品体积、重量、功耗等方面设计都是有益的。

4)方便软件更新维护。控制模块上设计的可擦写存储器用于在轨软件更新。采用集中管理软件目标代码的方式，将软件放置在控制模块里，只需改写一处即实现了所有处理模块软件的版本更新。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置，其特征在于：包括总线、控制模块和多个处理模块；所述总线分别连接所述控制模块和所述多个处理模块，用于所述控制模块和多个处理模块间的数据交换；所述控制模块设置有存储器，处理模块需加载的软件存储在该存储器中，所述控制模块进行加载软件的调度，将需加载的软件输出至相应处理模块；所述处理模块根据所加载的软件进行星载数据的处理；

所述控制模块包括CPU、FPGA、FLASH、DDR、CAN总线接口和LVDS接口；所述CPU解析上位机或数管计算机发送过来的指令，根据解析出来的信息执行相应流程；所述FLASH用于存储所述处理模块需加载软件的程序文件；所述FPGA实现CPU与上位机或数管计算机数据交换的控制、FLASH与CAN总线接口数据交换的控制；所述LVDS接口连接上位机或数管计算机，接收上位机或数管计算机发送过来的指令或信息；所述DDR作为FPGA的外部数据缓存器与FPGA相连。

2.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于：所述总线为CAN总线。

3.根据权利要求2所述的加载装置，其特征在于：所述处理模块包括电源模块、DSP、FPGA和CAN总线接口，由所述控制模块通过CAN总线将加载软件的程序文件传输至相应处理模块。

4.根据权利要求2所述的加载装置，其特征在于：所述CAN总线接口电路包括D1和D2，所述D1为CAN总线协议控制芯片SJA1000，所述D2为CAN总线接口传输芯片PCA82C250。

5.根据权利要求2所述的加载装置，其特征在于：所述CAN总线采用广播的方式传输数据。

6.一种基于权利要求1-5任一项中的星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置的软件加载方法，包括以下步骤：

步骤1、设备加电后，控制模块和处理模块处于工作状态；

步骤2、初始化总线控制器；

步骤3、所述控制模块的CPU通过指令，广播告知各所述处理模块准备接收处理软件配置项文件；

步骤4、所述控制模块的CPU通过总线广播处理软件配置项文件到各所述处理模块；

步骤5、所述处理模块的DSP接收到该配置项文件，解析、校验通过后，拷贝到片内存储器中；

步骤6、所述处理模块的DSP运行指针跳转到配置项文件入口处运行。

7.一种基于权利要求1-5任一项中的星载多处理器嵌入式软件集中存储加载装置的在轨软件更新方法，包括以下步骤：

步骤1、将需要上载的处理软件的配置项文件，在地面拆分成适合测控链路的短指令；

步骤2、将所述短指令逐一通过测控通道上注给在轨飞行的目标飞行器；

步骤3、数管计算机接收、解析、校验后将所述短指令转发给载荷的上位机；

步骤4、所述上位机通过LVDS接口将携带配置项文件的短指令转发给控制模块的CPU；

步骤5、所述控制模块的CPU解析校验后将所述配置项文件存储到控制模块的FLASH中；

步骤6、通过总线将所述配置项文件加载到各处理模块中运行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述短指令为256字节。

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