CN108459904A - 用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台及处理方法 - Google Patents

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CN108459904A CN201810221854.0A CN201810221854A CN108459904A CN 108459904 A CN108459904 A CN 108459904A CN 201810221854 A CN201810221854 A CN 201810221854A CN 108459904 A CN108459904 A CN 108459904A
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Abstract

本发明提供的是一种用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台及处理方法。包括n个微型星载计算机、1个SpaceWire总线n+1，每个微型星载计算机包括1个FPGA i‑1、1个CPU处理器i‑2、2个PROM i‑3、i‑5、1个Flash i‑4、1个Link Port高速串口i‑6。本发明采用基于并行框架结构的分布式计算方式对任务进行数据处理，可以节省大量的计算时间，保证任务的时效性。本发明分为主控机微型计算机、任务型微型计算机、备用型微型计算机，每个微型星载计算机间彼此独立，当一个微型计算机发生故障，不影响其它微型计算机的使用，实现分布式计算的容错性和冗余性。

Description

用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台及处理方法
技术领域
发明涉及的是一种小卫星的分布式透明信息处理装置及处理方法，具体地说是一种低成本小卫星应用的、基于并行框架技术的具有容错性、冗余性、自组织性的小卫星分布式信息处理模块及处理方法，属于分布式卫星平台的一部分。
背景技术
随着微小卫星技术的发展，卫星任务的多元化，需要卫星星上自主处理的任务越来越多，这就需要卫星具有分布式并行计算的能力，并且具有满足实时性、容错性、冗余性要求的数据处理能力。传统的小卫星携带一个具有较强数据处理能力的星载计算机，采用集中式信息处理结构，当星载计算机的组成器件发生故障时，星载计算机能力失效不能完成后续的数据处理工作，其可靠性低，容错性差；当只有少数任务需要处理时，数据计算量小，星载计算机能力过剩，造成资源浪费；此外，当有多个任务需要处理时，数据计算量大，任务需要排队，数据处理时效性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高，容错性和时效性性好的用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台。本发明的目的还在于提供一种基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台的处理方法。
本发明的基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台包括n个微型星载计算机和1个SpaceWire总线n+1；
每个微型星载计算机i包括1个FPGA i-1、1个CPU处理器i-2、2个PROMi-3、i-5、1个Flashi-4、1个Link Port高速串口i-6；
在每个微型星载计算机的内部，FPGA i-1通过Link Ports i-6与CPU处理器i-2相连，FPGA i-1与PROM i-3和Flash i-4相连，FPGA i-1的数据输入输出端与SpaceWire总线n+1相连；
CPU处理器i-2通过Link Ports i-6与FPGA i-1相连，CPU处理器i-2与PROM i-5和Flash i-4相连；
Flash i-4分别与FPGA i-1和CPU处理器i-2相连；
PROM i-3、Flash i-4分别存储FPGA i-1和CPU处理器i-2的引导文件，并分别与FPGAi-1和CPU处理器i-2相连；
SpaceWire总线n+1分别与n个微型星载计算机的数据输入输出端相连，实现n个微型星载计算机数据间的交互；
i＝1、2、……、n。
本发明的基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台还包括备用型微型星载计算机k+1、……、n。
本发明的基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台中的每个微型星载计算机i体积为79*77*7mm，质量为86g；FPGA i-1为XC4V-LX160型、CPU处理器i-2为PC-8245型。
基于本发明的基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台的处理方法为：
一台微型星载计算机作为并行框架结构中的主控机，其它微型星载计算机作为并行框架结构中的仿真机，仿真机与主控机一一对应，主控机将各种需要同步实现的任务启动指令通过SpaceWire总线n+1传递给对应任务的仿真机，对应任务的仿真机向主控机1提供所需要的仿真状态信息；
任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k，通过SpaceWire总线n+1接收来自主控的任务指令，指令格式如下：
Flag＝0；
其中，Flag＝0表示该任务不启动，Flag＝1表示该任务启动；
任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k根据指令判断是否自启动，当Flag＝0时，该任务型微型星载计算机不启动处于休眠状态；当Flag＝1时，该任务型微型星载计算机启动，通过在PROM i-3、Flash i-4分别存储FPGA i-1和CPU处理器i-2的引导文件，启动FPGA i-1和CPU处理器i-2，使其工作；
当任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k失效不能工作时，会向SpaceWire总线n+1总线发出故障信号，故障信号格式如下：
Flag1＝i；
i表示第i个任务型微型星载计算机发生故障失效，
备用型微型星载计算机k+1、……、n通过SpaceWire总线n+1捕获来失效的任务型微型星载计算机i的故障指令，并自检测是否能够完成该项任务，若不能完成，则该备用型微型星载计算机不启动处于休眠状态；若能对该项任务进行处理，则该备用型微型星载计算机启动，其工作构成与任务型微型星载计算机工作过程一致。
为了建立低成本小卫星分布式信息处理结构，解决传统星载计算机可靠性低、容错性差、时效性差的问题，本发明提供了一种用于低成本小卫星的分布式透明信息处理环境及其实现方法。
本发明的优点是：本发明采用XC4V-LX160型FPGA作为处理器，具有设计周期短，设计灵活等特点，适合于小系统，具有运算速度快、可靠性高、集成性高的优点；本发明采用SpaceWrie作为数据传输总线，SpaceWrie采用点到点连接拓扑结构具有很高的自由度，并且SpaceWrie总线的单线速率最高可达400Mbps，满足低成本星载计算机组成器件的数据传输速率的要求；本发明针对小卫星的新任务、新需求，设计体积小质量轻适用于小系统的微型星载计算机，并将多个任务的数据处理分配到多个微型星载计算机，采用基于并行框架分布式信息处理结构，实现分布式并行计算，分布式处理环境可靠性高，数据处理时效性强，并且可以根据任务的数量启动部分星载计算机并使余下的微型星载计算机休眠，实现微型星载计算机自主剪裁避免资源过剩。
附图说明
图1是本发明的用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台的结构示意图。
图2是本发明的用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台的处理方法的流程图。
具体实施方式
下面举例对本发明作进一步描述。
具体实施方式一：基于并行框架结构的分布式计算。基于并行计算框架，可针对小卫星的多个任务进行分布式协同计算，相比于传统的集中式串行计算，分布式并行计算可以节省大量的计算时间，保证任务的时效性。
结合图1，本发明包括k个微型星载计算机i＝1、2、……、k、1个SpaceWire总线n+1。SpaceWire总线n+1分别与k个微型星载计算机i＝1、2、……、k的数据输入输出端相连，实现k个微型星载计算机数据间的交互。
微型星载计算机1作为并行框架结构中的主控机，微型星载计算机2、3、……、k作为并行框架结构中的仿真机。仿真机与主控机一一对应，微型星载计算机1将各种需要同步实现的任务启动指令通过SpaceWire总线n+1传递给对应任务的微型星载计算机2、3、……、k，对应任务的微型星载计算机2、3、……、k向主控机微型星载计算机1提供所需要的仿真状态信息。
具体实施方式二：在实施方案一的基础上，增加了备用型微型星载计算机k+1、……、n，实现分布式计算的容错性和冗余性。当对应于某一任务的微型星载计算机i,i＝1、2、……、k失效不工作时，其它任务对应的微型星载计算机j,j＝2、3、……、k,j≠i不受影响，能够继续处理任务，实现了系统的容错性。同时对应于上述任务的备用型微型星载计算机j,j＝k+1、……、n启动，继续处理该任务，实现了系统的冗余性，并满足整个系统的分布式并行计算。
具体实施方式三：在实施方案二的基础上，根据不同任务指令自检和评估计算量，实现系统自组织。该实施方式工作流程如图2所示：
在每个微型星载计算机的内部，XC4V-LX160型FPGA i-1通过Link Ports i-6与PPC-8245型CPU处理器i-2相连，XC4V-LX160型FPGA i-1与PROM i-3和Flash i-4相连，XC4V-LX160型FPGA i-1的数据输入输出端与SpaceWire总线n+1相连。
PPC-8245型CPU处理器i-2通过Link Ports i-6与XC4V-LX160型FPGA i-1相连，PPC-8245型CPU处理器i-2与PROM i-5和Flash i-4相连；
Flash i-4属于非易失性存储器容量大但在轨数据可靠性低于PROM i-3、i-5，分别与C4V-LX160型FPGA i-1和PPC-8245型CPU处理器i-2相连。
PROM i-3、i-4属于非易失性存储器容量小但在轨数据可靠性高，在PROM i-3、i-4分别存储XC4V-LX160型FPGA i-1和PPC-8245型CPU处理器i-2的引导文件，并分别与XC4V-LX160型FPGA i-1和PPC-8245型CPU处理器i-2相连。任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k，通过SpaceWire总线n+1接收来自主控机微型星载计算机1的任务指令，指令格式如下：
Flag＝0；
其中，Flag＝0表示该任务不启动，Flag＝1表示该任务启动。
任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k根据指令判断是否自启动，当Flag＝0时，该任务型微型星载计算机不启动处于休眠状态；当Flag＝1时，该任务型微型星载计算机启动，通过在PROM i-3、i-4分别存储XC4V-LX160型FPGA i-1和PPC-8245型CPU处理器i-2的引导文件，启动XC4V-LX160型FPGA i-1和PPC-8245型CPU处理器i-2，使其工作。
同理，当任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k失效不能工作时，会向SpaceWire总线n+1总线发出故障信号，故障信号格式如下：
Flag1＝i；
i表示第i个任务型微型星载计算机发生故障失效。
备用型微型星载计算机k+1、……、n通过SpaceWire总线n+1捕获来失效的任务型微型星载计算机i的故障指令，并自检测是否能够完成该项任务，若不能完成，则该备用型微型星载计算机不启动处于休眠状态；若能对该项任务进行处理，则该备用型微型星载计算机启动，其工作原理与任务型微型星载计算机工作原理一致，在此不再赘述。
因此，可以本发明可以实现任务自检和自组织。根据任务的数量启动部分星载计算机并使余下的微型星载计算机休眠，实现微型星载计算机自主剪裁避免资源过剩。
本发明采用基于并行框架结构的分布式计算方式对任务进行数据处理，分布式并行计算可以节省大量的计算时间，保证任务的时效性。本发明分为主控机微型计算机、任务型微型计算机、备用型微型计算机，每个微型星载计算机间彼此独立，当一个微型计算机发生故障，不影响其它微型计算机的使用，实现分布式计算的容错性和冗余性。本发明根据不同任务指令自检和评估计算量，启动部分星载计算机并使余下的微型星载计算机休眠，实现微型星载计算机自主剪裁避免资源过剩，具有自组织能力。

Claims (4)

1.一种基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台，其特征是：包括n个微型星载计算机和1个SpaceWire总线(n+1)；
每个微型星载计算机(i)包括1个FPGA(i-1)、1个CPU处理器(i-2)、2个PROM(i-3、i-5)、1个Flash(i-4)、1个Link Port高速串口(i-6)；
在每个微型星载计算机的内部，FPGA(i-1)通过Link Ports(i-6)与CPU处理器(i-2)相连，FPGA(i-1)与PROM(i-3)和Flash(i-4)相连，FPGA(i-1)的数据输入输出端与SpaceWire总线(n+1)相连；
CPU处理器(i-2)通过Link Ports(i-6)与FPGA(i-1)相连，CPU处理器(i-2)与PROM(i-5)和Flash(i-4)相连；
Flash(i-4)分别与FPGA(i-1)和CPU处理器(i-2)相连；
PROM(i-3)、Flash(i-4)分别存储FPGA(i-1)和CPU处理器(i-2)的引导文件，并分别与FPGA(i-1)和CPU处理器(i-2)相连；
SpaceWire总线(n+1)分别与n个微型星载计算机的数据输入输出端相连，实现n个微型星载计算机数据间的交互；
i＝1、2、……、n。
2.根据权利要求1所述的基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台，其特征是还包括备用型微型星载计算机(k+1、……、n)。
3.根据权利要求1货2所述的本发明的基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台，其特征是：每个微型星载计算机i体积为79*77*7mm，质量为86g；FPGA i-1为XC4V-LX160型、CPU处理器i-2为PC-8245型。
4.一种基于权利要求2所述的基于用于低成本小卫星的分布式透明信息处理平台的处理方法，其特征是：
一台微型星载计算机作为并行框架结构中的主控机，其它微型星载计算机作为并行框架结构中的仿真机，仿真机与主控机一一对应，主控机将各种需要同步实现的任务启动指令通过SpaceWire总线n+1传递给对应任务的仿真机，对应任务的仿真机向主控机1提供所需要的仿真状态信息；
任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k，通过SpaceWire总线n+1接收来自主控的任务指令，指令格式如下：
Flag＝0；
其中，Flag＝0表示该任务不启动，Flag＝1表示该任务启动；
任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k根据指令判断是否自启动，当Flag＝0时，该任务型微型星载计算机不启动处于休眠状态；当Flag＝1时，该任务型微型星载计算机启动，通过在PROM i-3、Flash i-4分别存储FPGA i-1和CPU处理器i-2的引导文件，启动FPGAi-1和CPU处理器i-2，使其工作；
当任务型微型星载计算机i,i＝1、2、……、k失效不能工作时，会向SpaceWire总线n+1总线发出故障信号，故障信号格式如下：
Flag1＝i；
i表示第i个任务型微型星载计算机发生故障失效，
备用型微型星载计算机k+1、……、n通过SpaceWire总线n+1捕获来失效的任务型微型星载计算机i的故障指令，并自检测是否能够完成该项任务，若不能完成，则该备用型微型星载计算机不启动处于休眠状态；若能对该项任务进行处理，则该备用型微型星载计算机启动，其工作构成与任务型微型星载计算机工作过程一致。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101788927A (zh) * 2010-01-20 2010-07-28 哈尔滨工业大学 一种基于fpga的自适应星载计算机及应用所述计算机实现内部资源动态分配的方法
CN103616028A (zh) * 2013-11-29 2014-03-05 哈尔滨工程大学 一种基于单星敏感器的星光折射卫星自主导航方法
CN105786755A (zh) * 2016-03-25 2016-07-20 哈尔滨工业大学 一种高集成的纳卫星星载计算机系统
CN106484654A (zh) * 2015-08-31 2017-03-08 哈尔滨光凯科技开发有限公司 一种面向多任务的可重构星载计算机

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101788927A (zh) * 2010-01-20 2010-07-28 哈尔滨工业大学 一种基于fpga的自适应星载计算机及应用所述计算机实现内部资源动态分配的方法
CN103616028A (zh) * 2013-11-29 2014-03-05 哈尔滨工程大学 一种基于单星敏感器的星光折射卫星自主导航方法
CN106484654A (zh) * 2015-08-31 2017-03-08 哈尔滨光凯科技开发有限公司 一种面向多任务的可重构星载计算机
CN105786755A (zh) * 2016-03-25 2016-07-20 哈尔滨工业大学 一种高集成的纳卫星星载计算机系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱新忠等: "新一代并行处理星载计算机技术研究", 《上海航天》 *

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