CN109194555B - 一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统 - Google Patents

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Abstract

一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，涉及小卫星数传分系统总线调度领域；包括数传控制单元和n个下级设备；其中，数传控制单元包括主程序模块、上级总线触发中断模块和下级总线触发中断模块；上级总线触发中断模块包括上级处理回传启动模块和处理应答转发模块；下级设备均包括设备回传启动模块和设备应答模块；主程序模块包括重传模块和组帧打包模块；本发明采用事件触发替代内部定时器触发，解决了因各自独立时钟导致的遥测帧的丢失和重复现象，实现了多级总线共用时钟；增加了应答和重传机制，提高了通信的成功率、健壮性和可靠性；且具有较好的扩展性，可用于卫星数传分系统的设计，同时也支持分布式系统的多总线设计。

Description

一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统
技术领域
本发明涉及一种小卫星数传分系统总线调度领域，特别是一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统。
背景技术
卫星数传分系统是按设定的数据格式，将遥感和遥测等数据通过射频链路，实时地或经星上存储后延时向地面发送的分系统，该分系统设备较多。目前小卫星数传主要涉及的设备有数传控制单元、压缩编码器、数据处理器、调制发射机、固态存储器、伺服控制器、天线等多台设备。该系统的设计采用的是分布式控制系统的架构，数传控制单元是控制中心，也是内外通信的神经中枢，对外与星务分系统的CAN总线通信，负责接收星务分系统遥控指令，转发给数传分系统内其他设备，并且收集分系统内设备的遥测信息，回传给星务分系统。对内与固态存储器、伺服控制器等下级设备的串行总线，负责对下级设备的控制与遥测采集等。卫星数传分系统总线通信均采用的是主从架构，数传下位机作为CAN总线的一个从节点，同时又作为数传分系统下级设备的主节点。因此总线调度策略非常关键，直接影响通信的正常运行及可靠性。
总线调度算法决定着系统中信息发送的规则，信息发送的规则与通信所使用的总线无关。目前数传控制单元多总线调度的规则为：数传控制单元响应上级总线和对下级总线的访问控制是独立的，工作在不同的时钟下。遥测方面，数传控制单元响应上级总线是事件触发，采集下级遥测是自身内部时钟触发，包括下级设备采集自身遥测均用的自身内部时钟触发，由于时钟的不同步及漂移，导致采集时刻的不同步与采集周期的变化，两级总线上的不同步加大出现遥测丢失和重复的概率。另外，遥控方面，数传控制单元接收星务分系统发送的控制指令，然后数传控制单元转发给下级总线设备，未设置应答与重传机制，会存在关键指令漏执行的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，解决了因各自独立时钟导致的遥测帧的丢失和重复现象；提高了通信的成功率、健壮性和可靠性。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，包括数传控制单元和n个下级设备；n为大于等于2的正整数；其中，数传控制单元包括主程序模块、上级总线触发中断模块和下级总线触发中断模块；
上级总线触发中断模块：接收主程序模块传来的遥测信息包和指令应答信息包，进行存储；接收外部上位机传来的轮询遥测指令；将存储的遥测信息包和指令应答信息包回传至外部上位机；同时，将轮询遥测指令分别发送至n个下级设备；接收外部上位机传来的控制指令，回传应答信息；并将控制指令分别发送至n个下级设备；
n个下级设备：接收上级总线触发中断模块传来的轮询遥测指令；将n个下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；接收上级总线触发中断模块传来的控制指令，将n个下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块；接收主程序模块传来的轮询遥测指令，将对应下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；接收主程序模块传来的下级控制指令，将对应下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块；
下级总线触发中断模块：接收n个下级设备传来的遥测信息和指令应答信息；并判断n个下级设备传来的遥测信息和指令应答信息有无错误；当遥测信息或指令应答信息有错误时，将错误信息发送至主程序模块；当遥测信息和指令应答信息无错误时，将遥测信息和指令应答信息发送至主程序模块；
主程序模块：当遥测信息和指令应答信息无错误时，接收下级总线触发中断模块传来的遥测信息和指令应答信息；并对遥测信息和指令应答信息进行打包，生成遥测信息包和指令应答信息包；将遥测信息包和指令应答信息包发送至上级总线触发中断模块；当遥测信息或指令应答信息有误时，接收下级总线触发中断模块传来的错误信息；发出轮询遥测指令或下级控制指令至对应下级设备，重新调取该下级设备的信息。
在上述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，所述上级总线触发中断模块包括上级处理回传启动模块和处理应答转发模块；其中，
上级处理回传启动模块：接收主程序模块传来的遥测信息包和指令应答信息包，进行存储；接收外部上位机传来的轮询遥测指令；将存储的遥测信息包和指令应答信息包回传至外部上位机；同时，将轮询遥测指令分别发送至n个下级设备；
处理应答转发模块：接收外部上位机传来的控制指令，回传应答信息；并将控制指令分别发送至n个下级设备。
在上述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，每个下级设备均包括设备回传启动模块和设备应答模块；
设备回传启动模块：接收上级处理回传启动模块传来的轮询遥测指令，将该下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；
设备应答模块：接收上级处理回传启动模块传来的控制指令，将该下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块。
在上述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，下级总线触发中断模块对遥测信息和指令应答信息判断分为以下2种情况：
S1：当接收的遥测信息不完整时，将缺少遥测信息的下级设备信息发送至主程序模块；
S2:当指令应答信息错误时，将应答信息错误的下级设备信息发送至主程序模块。
在上述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，所述主程序模块包括重传模块和组帧打包模块；
重传模块：当下级总线触发中断模块接收的遥测信息不完整时，接收下级总线触发中断模块传来的缺少遥测信息的下级设备信息；发出轮询遥测指令至对应的下级设备；当下级总线触发中断模块接收的指令应答信息错误时，接收下级总线触发中断模块传来的应答信息错误的下级设备信息；发送下级控制指令至对应的下级设备；当没收到下级总线触发中断模块传来的部分下级设备的遥测信息或指令应答信息时，发出轮询遥测指令或下级控制指令至对应下级设备，重新调取信息；当遥测信息和指令应答信息无错误时，接收下级总线触发中断模块传来的遥测信息和指令应答信息；生成正确信息标识，并将正确信息标识发送至组帧打包模块；
组帧打包模块：接收重传模块传来的正确信息标识，对遥测信息和指令应答信息进行打包，生成遥测信息包和指令应答信息包；将遥测信息包和指令应答信息包发送至上级总线触发中断模块。
在上述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，判断重传模块没收到下级总线触发中断模块传来的部分下级设备遥测信息或指令应答信息的方法为：从上级处理回传启动模块发送轮询遥测指令或处理应答转发模块发送下级控制指令开始计时，当延迟大于100ms时，认为没收到遥测信息或指令应答信息。
在上述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，所述下级总线触发中断模块采集下级设备的遥测信息和指令应答信息，以及下级设备自身收集遥测信息和生成指令应答信息，均采用总线时钟进行同步；时钟同步精度为50ms。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用事件触发替代内部定时器触发，解决了因各自独立时钟导致的遥测帧的丢失和重复现象，间接实现了多级总线共用时钟；
(2)本发明增加了应答和重传机制，提高了通信的成功率、健壮性和可靠性；
(3)本发明具有通用性，不依赖于具体总线，可适用于多种类型总线设计；
(4)本发明具有较好的扩展性，可用于卫星数传分系统的设计，同时也支持分布式系统的多总线设计。
附图说明
图1为本发明小卫星数传系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
针对现有小卫星数传分系统总线调度机制导致的遥测偶尔丢失和重复的现象，以及存在遥控指令漏执行的风险，提供了一种改进的总线调度方法，提供系统通信的健壮性和可靠性。
如图1所示为小卫星数传系统示意图，由图可知，一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，包括数传控制单元和n个下级设备；n为大于等于2的正整数；其中，数传控制单元包括主程序模块、上级总线触发中断模块和下级总线触发中断模块；
上级总线触发中断模块：接收主程序模块传来的遥测信息包和指令应答信息包，进行存储；接收外部上位机传来的轮询遥测指令；将存储的遥测信息包和指令应答信息包回传至外部上位机；同时，将轮询遥测指令分别发送至n个下级设备；接收外部上位机传来的控制指令，回传应答信息；并将控制指令分别发送至n个下级设备；
n个下级设备：接收上级总线触发中断模块传来的轮询遥测指令；将n个下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；接收上级总线触发中断模块传来的控制指令，将n个下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块；接收主程序模块传来的轮询遥测指令，将对应下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；接收主程序模块传来的下级控制指令，将对应下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块；
下级总线触发中断模块：接收n个下级设备传来的遥测信息和指令应答信息；并判断n个下级设备传来的遥测信息和指令应答信息有无错误；当遥测信息或指令应答信息有错误时，将错误信息发送至主程序模块；当遥测信息和指令应答信息无错误时，将遥测信息和指令应答信息发送至主程序模块；
主程序模块：当遥测信息和指令应答信息无错误时，接收下级总线触发中断模块传来的遥测信息和指令应答信息；并对遥测信息和指令应答信息进行打包，生成遥测信息包和指令应答信息包；将遥测信息包和指令应答信息包发送至上级总线触发中断模块；当遥测信息或指令应答信息有误时，接收下级总线触发中断模块传来的错误信息；发出轮询遥测指令或下级控制指令至对应下级设备，重新调取该下级设备的信息。
其中，上级总线触发中断模块包括上级处理回传启动模块和处理应答转发模块；其中，
上级处理回传启动模块：接收主程序模块传来的遥测信息包和指令应答信息包，进行存储；接收外部上位机传来的轮询遥测指令；将存储的遥测信息包和指令应答信息包回传至外部上位机；同时，将轮询遥测指令分别发送至n个下级设备；
处理应答转发模块：接收外部上位机传来的控制指令，回传应答信息；并将控制指令分别发送至n个下级设备。
每个下级设备均包括设备回传启动模块和设备应答模块；
设备回传启动模块：接收上级处理回传启动模块传来的轮询遥测指令，将该下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；
设备应答模块：接收上级处理回传启动模块传来的控制指令，将该下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块。
下级总线触发中断模块对遥测信息和指令应答信息判断分为以下2种情况：
S1：当接收的遥测信息不完整时，将缺少遥测信息的下级设备信息发送至主程序模块；
S2:当指令应答信息错误时，将应答信息错误的下级设备信息发送至主程序模块。
主程序模块包括重传模块和组帧打包模块；
重传模块：当下级总线触发中断模块接收的遥测信息不完整时，接收下级总线触发中断模块传来的缺少遥测信息的下级设备信息；发出轮询遥测指令至对应的下级设备；当下级总线触发中断模块接收的指令应答信息错误时，接收下级总线触发中断模块传来的应答信息错误的下级设备信息；发送下级控制指令至对应的下级设备；当没收到下级总线触发中断模块传来的部分下级设备的遥测信息或指令应答信息时，发出轮询遥测指令或下级控制指令至对应下级设备，重新调取信息；判断重传模块没收到下级总线触发中断模块传来的部分下级设备遥测信息或指令应答信息的方法为：从上级处理回传启动模块发送轮询遥测指令或处理应答转发模块发送下级控制指令开始计时，当延迟大于100ms时，认为没收到遥测信息或指令应答信息。当遥测信息和指令应答信息无错误时，接收下级总线触发中断模块传来的遥测信息和指令应答信息；生成正确信息标识，并将正确信息标识发送至组帧打包模块；
组帧打包模块：接收重传模块传来的正确信息标识，对遥测信息和指令应答信息进行打包，生成遥测信息包和指令应答信息包；将遥测信息包和指令应答信息包发送至上级总线触发中断模块。
下级总线触发中断模块采集下级设备的遥测信息和指令应答信息，以及下级设备自身收集遥测信息和生成指令应答信息，均采用总线时钟进行同步；时钟同步精度为50ms。
数传控制单元采集下级设备遥测信息以及下级设备自身收集遥测信息，均以上位机采集数传控制单元遥测的总线指令的外部事件为触发，间接实现共用时钟。数传控制单元收到上级总线(如CAN总线)的触发中断，经分析若为轮询遥测指令，则首先通过上级总线将当前已收集的遥测信息包给回传给上位机，并向下级设备发送轮询遥测指令，触发下级设备的总线(如串行总线)中断，此时上级总线的一次遥测轮询周期执行结束。
本发明利用外部事件触发实现数传分系统多级总线共用时钟调度。数传控制单元采集下级设备遥测以及下级设备采集自身遥测，均以上位机采集数传控制单元遥测的总线指令的外部事件为触发，间接实现共用时钟。建立数传控制单元与下级设备的总线应答机制，当下级设备收到轮询指令或控制指令时需进行应答，应答指令的正确情况。建立数传控制单元与下级设备的总线通信出错或等待超时的重传机制；当数传控制单元收到下级设备应答通信出错，或未收到指令等待超时，分别设计了重传的条件与方法。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，其特征在于：包括数传控制单元和n个下级设备；n为大于等于2的正整数；其中，数传控制单元包括主程序模块、上级总线触发中断模块和下级总线触发中断模块；
上级总线触发中断模块：接收主程序模块传来的遥测信息包和指令应答信息包，进行存储；接收外部上位机传来的轮询遥测指令；将存储的遥测信息包和指令应答信息包回传至外部上位机；同时，将轮询遥测指令分别发送至n个下级设备；接收外部上位机传来的控制指令，回传应答信息；并将控制指令分别发送至n个下级设备；
n个下级设备：接收上级总线触发中断模块传来的轮询遥测指令；将n个下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；接收上级总线触发中断模块传来的控制指令，将n个下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块；接收主程序模块传来的轮询遥测指令，将对应下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；接收主程序模块传来的下级控制指令，将对应下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块；
下级总线触发中断模块：接收n个下级设备传来的遥测信息和指令应答信息；并判断n个下级设备传来的遥测信息和指令应答信息有无错误；当遥测信息或指令应答信息有错误时，将错误信息发送至主程序模块；当遥测信息和指令应答信息无错误时，将遥测信息和指令应答信息发送至主程序模块；
主程序模块：当遥测信息和指令应答信息无错误时，接收下级总线触发中断模块传来的遥测信息和指令应答信息；并对遥测信息和指令应答信息进行打包，生成遥测信息包和指令应答信息包；将遥测信息包和指令应答信息包发送至上级总线触发中断模块；当遥测信息或指令应答信息有误时，接收下级总线触发中断模块传来的错误信息；发出轮询遥测指令或下级控制指令至对应下级设备，重新调取该下级设备的信息。
2.根据权利要求1所述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，其特征在于：所述上级总线触发中断模块包括上级处理回传启动模块和处理应答转发模块；其中，
上级处理回传启动模块：接收主程序模块传来的遥测信息包和指令应答信息包，进行存储；接收外部上位机传来的轮询遥测指令；将存储的遥测信息包和指令应答信息包回传至外部上位机；同时，将轮询遥测指令分别发送至n个下级设备；
处理应答转发模块：接收外部上位机传来的控制指令，回传应答信息；并将控制指令分别发送至n个下级设备。
3.根据权利要求2所述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，其特征在于：每个下级设备均包括设备回传启动模块和设备应答模块；
设备回传启动模块：接收上级处理回传启动模块传来的轮询遥测指令，将该下级设备的遥测信息发送至下级总线触发中断模块；
设备应答模块：接收上级处理回传启动模块传来的控制指令，将该下级设备的指令应答信息发送至下级总线触发中断模块。
4.根据权利要求3所述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，其特征在于：下级总线触发中断模块对遥测信息和指令应答信息判断分为以下2种情况：
S1：当接收的遥测信息不完整时，将缺少遥测信息的下级设备信息发送至主程序模块；
S2:当指令应答信息错误时，将应答信息错误的下级设备信息发送至主程序模块。
5.根据权利要求4所述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，其特征在于：所述主程序模块包括重传模块和组帧打包模块；
重传模块：当下级总线触发中断模块接收的遥测信息不完整时，接收下级总线触发中断模块传来的缺少遥测信息的下级设备信息；发出轮询遥测指令至对应的下级设备；当下级总线触发中断模块接收的指令应答信息错误时，接收下级总线触发中断模块传来的应答信息错误的下级设备信息；发送下级控制指令至对应的下级设备；当没收到下级总线触发中断模块传来的部分下级设备的遥测信息或指令应答信息时，发出轮询遥测指令或下级控制指令至对应下级设备，重新调取信息；当遥测信息和指令应答信息无错误时，接收下级总线触发中断模块传来的遥测信息和指令应答信息；生成正确信息标识，并将正确信息标识发送至组帧打包模块；
组帧打包模块：接收重传模块传来的正确信息标识，对遥测信息和指令应答信息进行打包，生成遥测信息包和指令应答信息包；将遥测信息包和指令应答信息包发送至上级总线触发中断模块。
6.根据权利要求5所述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，其特征在于：判断重传模块没收到下级总线触发中断模块传来的部分下级设备遥测信息或指令应答信息的方法为：从上级处理回传启动模块发送轮询遥测指令或处理应答转发模块发送下级控制指令开始计时，当延迟大于100ms时，认为没收到遥测信息或指令应答信息。
7.根据权利要求6所述的一种改进的小卫星数传分系统总线调度系统，其特征在于：所述下级总线触发中断模块采集下级设备的遥测信息和指令应答信息，以及下级设备自身收集遥测信息和生成指令应答信息，均采用总线时钟进行同步；时钟同步精度为50ms。
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