CN110109872A - 一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，该存储管理装置包括Flash存储器，异构数据按照预设的文件系统协议进行存储在Flash存储器中，所述文件系统协议为：Flash存储器分为M个存储分区，每个存储分区中包含N个文件，每个文件分配一个唯一的文件号，异构数据分成L类，各类数据按预设的文件号，记录在相应的文件中，M≥1，N≥1，L≥1，M·N≥L。本发明完成数据的个性化存储，有利于实现数据回放效率的有效提升。

Description

一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置

技术领域

本发明涉及一种存储管理装置，特别是一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，属于星载数据管理技术领域。

背景技术

随着遥感卫星技术向智能化，多样化方向不断发展，卫星数据管理系统需要进行存储管理的数据种类、数量以及数据格式越来越复杂。当前遥感卫星数据传输接口就包括了1553B总线、CAN总线、RS422、LVDS、SpaceWire、Serdes以及多种背板总线等类型，而单路通道传输速率在几十Kbps到几百Mbps不等，各通道数据内容的格式、更新频率、使用方式也各有差异。以遥感卫星平台涉及的数据对象为例，可以分为系统状态系统恢复数据、卫星遥测数据、上注维护数据以及载荷业务数据几大类。其中，系统恢复数据负责记录系统运行状态以及关键参数，需要定时存储，以保证断电重启后可以恢复到最近时刻的运行状态，可靠性要求高。遥测数据需要连续存储不能中断，能够随时按要求进行回放。上注数据由地面不定期突发性注入，需要能够快速响应并可靠接收，存储方式需满足灵活提供用户使用的要求。载荷数据为星上载荷设备产生的观测数据，一般数据速率较高，需要提供高速接收通道和存储能力，避免数据接收溢出或来不及存储而丢失。针对上述各类数据进行统一高效管理，是实现在轨智能数据处理，提高卫星在轨工作效能的关键，但由于遥感卫星星上多种多样异构数据的传输接口、存储和访问方式等需求不同，因此实现数据的高效存储管理又是一项高复杂度的任务。

卫星一般设置专门的星载数据存储装置负责卫星内各类数据的采集、存储以及转发的功能。传统的星载数据存储装置的架构采用“复接+存储”的方式，支持将不同接口输入的各类数据按时间顺序复接在一起，随后针对复接后的数据流进行混合存储与整体回放操作，在这种存储装置中当需要对某一类特定数据进行检索时难度大、效率低，不能实时获取所需数据。

面对继续增加的遥测遥控数据量与相对有限的信道带宽，两段式的存储复接数据存储装置不能满足遥感卫星中不同速率不同类型数据的提供个性化存储管理方式以及特定数据的高效下传的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，针对当前遥感卫星异构数据的特点，提供一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，对遥感卫星中不同速率不同类型数据的提供个性化存储和管理，便于快速回放。

本发明的技术解决方案是：一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，该装置包括Flash存储器，异构数据按照预设的文件系统协议进行存储在Flash存储器中，所述文件系统协议为：Flash存储器分为M个存储分区，每个存储分区中包含N个文件，每个文件分配一个唯一的文件号，异构数据分成L类，各类数据按预设的文件号，记录在相应的文件中，M≥1，N≥1，L≥1，M·N≥L。

上述遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于还包括接口数据预处理模块、数据路由模块、Flash存储管理模块、MRAM管理模块和MRAM磁电存储器，其中：

接口数据预处理模块，接收不同外部硬件接口输入的S路异构数据帧，S≥1，将每路异构数据帧分别进行缓存，向数据路由模块发送新数据请求，所述异构数据帧中包含文件号；

数据路由模块，响应每一路异构数据帧对应的新数据请求消息，从数据预处理模块中提取异构数据帧，解析异构数据帧，得到文件号和待存储数据，根据文件号，将各路待存储数据进行分路和合路，将相同文件号对应的数据存入同一个数据缓存区中，并向Flash存储管理模块发出新数据通知；

Flash存储管理模块，在收到新数据通知后，通过新数据在数据路由模块所处的数据缓存区，确定新数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，读取数据路由模块中的新数据，并将其以目标文件存储指针为首地址依次存储至对应的目标文件中，随后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针更新请求，更新目标文件存储指针；

MRAM管理模块，负责MRAM磁电存储器的数据读写操作；

MRAM磁电存储器，用于存储目标文件系统状态信息，所述文件系统状态信息包括文件存储指针、文件打开或者关闭状态、文件使能状态。

上述遥感卫星异构数据统一存储管理装置还包括指令解析模块；

接口数据预处理模块，接收外部硬件接口输入的指令帧，向数据路由模块发送新数据请求；

数据路由模块，响应每一路指令帧向数据路由模块发送新数据请求，识别出指令帧，将指令帧存入相应的指令缓存区中，并向指令解析模块提出新指令请求；

指令解析模块，响应新指令请求，解析数据路由模块指令缓存中的指令帧，将指令号与预存的指令集进行比对来确定要执行的指令要素，根据指令要素确定目标文件操作，向MRAM管理模块发送目标文件信息状态请求，接收MRAM管理模块反馈目标文件系统状态信息，根据目标文件系统状态信息，控制MRAM管理模块通过读写MRAM磁电存储器执行相关文件操作来设置或者变更文件系统状态信息。

所述数据路由模块的数据缓冲区中包括一个高速数据缓冲区，用于存储数据率大于100Mbps的数据，所述Flash存储管理模块包括高速Flash存储管理单元、n个Flash存储空间和n个基础单元；Flash存储空间和基础单元一一对应构成一个Flash通道；n>1其中：

高速Flash存储管理单元，连接数据路由模块的高速数据缓存区，在收到高速数据缓存区所对应的新数据通知后，确定新数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，使能其中一个Flash通道，向该Flash通道对应的基础单元发送通道写启动信号，选通高速数据缓存区的数据至该Flash通道的基础单元；

基础单元，收到高速Flash存储管理单元的写启动信号之后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，此目标文件存储指针对应本通道Flash存储空间，由MRAM管理模块根据目标文件存储指针请求及其来源确定；读取新数据，并按照FLASH存储空间的接口协议和时序控制要求，将新数据存储至目标文件存储指针为首地址的本通道Flash存储空间中，之后，向MRAM管理模块发送最新的目标文件存储指针。

所述数据路由模块还包括m个低速数据缓冲区，用于存储数据率小于等于100Mbps的数据，所述Flash存储管理模块还包括低速Flash存储管理单元，l个Flash存储空间和1个低速基础单元；其中：

低速Flash存储管理单元，连接数据路由模块的所有低速数据缓存区，在收到任一个低速数据缓存区所对应的新数据通知后，通过新数据所在低速数据缓存区，确定数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，向低速基础单元发送写启动信号，选通低速数据缓存区的数据至低速基础单元；

低速基础单元，收到低速Flash存储管理单元的写启动信号之后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，读取新数据，并按照Flash存储空间的接口协议和时序控制要求，将新数据存储至目标文件存储指针所在的Flash存储空间中，之后，向MRAM管理模块发送最新的目标文件存储指针。

所述MRAM磁电存储器中的数据采用三模冗余存储方式进行存储。

所述异构数据帧以VCDU数据包为单位，在其外部封装STUP协议。

所述指令帧以VCDU数据包为单位，在其外部封装RMAP协议。

所述文件通过建立文件指令来建立，所述创建文件指令的指令要素包括文件号、文件大小，指令解析模块根据文件号确定该指令对应的目标文件，向MRAM管理模块发送目标文件信息请求，MRAM管理模块反馈文件系统信息，所述文件系统信息还包括目标文件存储状态，指令解析模块判断目标文件存储状态，如果目标文件存储状态为“未存在”，则根据文件号和文件大小，计算得到目标文件的起始地址、结束地址，并通过MRAM管理模块写入MRAM磁电存储器中，并设置目标文件存储状态为“存在”。

一种卫星数据管理系统，包括如权利要求1所述的星载异构数据统一数据存储装置。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明搭建基于存储分区的文件系统，将来自不同接口不同用途的数据进行分类，以文件为单位将各类数据进行分区存储，完成数据的个性化存储，有利于实现数据回放效率的有效提升；

(2)、本发明自行设计指令集，采用指令控制文件管理的运行模式，系统操作流程跨越硬件设备的局限向智能化进一步发展；

(3)、本发明对多源异构的数据流均采用国内外航天器设计中的广泛应用的AOS标准来设计，一体化存储管理实现对不同类型航天设备的兼容性；

(4)、本发明不辨别外部输入文件的具体类型，统一使用文件号进行数据流管理，不同类型的数据只要其输入的STUP协议指令相同的文件号，就可以存储相同的文件区域，从而提高存储管理装置的通用性。

附图说明

图1为本发明实施例遥感卫星异构数据统一存储管理装置结构示意图。

图2为本发明实施例数据路由模块结构示意图。

图3为本发明实施例Flash存储管理模块结构示意图。

图4为本发明实施例Flash高速存储通道间存储时序图

图5为本发明实施例Flash存储管理模块中基础单元或者低速基础单元操作流程图

图6为本发明实施例存储与复接FPGA接口及原理框图。

具体实施方式

作为兼容不同数据存储特点的存储管理装置，本发明的技术方案是基于遥感卫星数据特点创建具备Flash独立分区的文件系统，设计指令来实现文件系统内部的信息流控制和功能管理，优化分区内部数据流来提高数据吞吐率。

以下列出两个具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提供的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置包括接口数据预处理模块、数据路由模块、指令解析模块、Flash存储管理模块、Flash存储器、MRAM管理模块和MRAM磁电存储器。异构数据按照预设的文件系统协议进行存储在Flash存储器中，所述文件系统协议为：Flash存储器分为M个存储分区，每个存储分区中包含N个文件，每个文件分配一个唯一的文件号，异构数据分成L类，各类数据按预设的文件号，记录在相应的文件中，M≥1，N≥1，L≥1，M·N≥L。

本实施例中，所述异构数据分成4类，具体包括系统恢复数据类、遥测数据类、中继注入数据类和载荷数据类，分别存入不同的存储分区，记为第一存储分区、第二存储分区、第三存储分区、第四存储分区。

不同的存储分区采用不同的存储规则进行存储，具体为：

第一存储分区，有且只有两个文件，系统恢复数据的存储过程在两个文件之间交替进行，从而保证最近一次完整数据的存储；

第二存储分区，支持设置多个文件供不同类型的遥测数据使用，单个文件内循环更新数据，从而保证数据不停存储；

第三存储分区，同时间内只能对一个文件进行操作，单个文件写满后须清空后，方可重新存入数据；

第四存储分区，文件伴随载荷任务的开启逐个被创建，大小可变，随着载荷数据输入而增大，直到载荷单次任务结束时，文件大小固定。同时间内只能对一个文件进行操作。

1、接口数据预处理模块

如图2所示，本发明的某一具体实施例中，接口数据预处理模块外部相连的Arinc659总线接口、LVDS总线接口以及SpaceWire总线接口有数据输入时，按照各接口的相应协议与时序来接收不同外部硬件接口输入的S路异构数据帧和指令帧，S≥1，N路异构数据帧，并将每路异构数据帧分别存储到接口数据预处理模块中针对不同接口的写入缓存中，写入缓存接收完数据后会向数据路由模块提出新数据请求；将指令帧存入相应的指令缓存区中，并向指令解析模块提出新指令请求。

本发明的目的在于对遥感卫星中异构数据实现统一的存储管理。

STUP协议数据包形式简单高效。本实施例异构数据帧采用AOS标准体制设计，以VCDU数据包为单位，在其外部封装STUP协议。

STUP协议数据包包头首字节为目标结点逻辑地址，第二字节的协议标识号用于标识STUP协议，第三字节的源节点逻辑地址为发送数据包的结点自身的逻辑地址，例如本装置或者其他星上装置。本实施例中，在发送数据包时应确定数据包头的两个逻辑地址。

RMAP协议数据包格式严谨。本实施例指令帧以VCDU数据包为单位，在其外部封装RMAP协议。

RMAP协议采用指令-回复的握手方式，包括写入-回复操作。写入-回复操作包括：写入命令包和写入回复包。写入命令包的包头和数据区分别采用CRC校验机制，目标结点可对数据包的正确性进行检查，包头中的授权域指定指令号。当写入命令包属性指示域中指定需要答复时，目标结点应根据命令包的检查和执行情况向源端结点返回答复包，或者发送给写入命令包中答复地址域所指定的结点。写入答复包仅由包头构成，不含数据区。

RMAP协议和STUP协议格式与SpaceWire的接口协议格式相兼容，同时可以作为封装后的数据在Arinc659和LVDS等总线上面通信，做到与外部接口无缝交互。

2、数据路由模块

数据路由模块响应每一路异构数据帧或者指令帧对应的新数据请求消息，从数据预处理模块中提取异构数据帧或者指令帧，识别异构数据帧或者指令帧，将指令帧存入相应的指令缓存区中，并向指令解析模块提出新指令请求；解析异构数据帧，获取文件号，根据文件号，将各路待存储数据进行分路和合路，将相同文件号对应的数据存入同一个数据缓存区中，并向Flash存储管理模块发出新数据通知。

如图2所示的实施例中，数据路由模块采用轮询的方式来依次处理来自Arinc659写入缓存、LVDS写入缓存、SpaceWire接口写入缓存的新数据请求，每次处理一帧数据。

本实施例中，指令帧按照RMAP协议封装，异构数据帧按照STUP协议封装，因此，数据路由模块按照RMAP协议对异构数据帧中的指令帧进行解析。

本实施例中，以后数据帧文件号根据数据缓存种类设定，对应不同的数据缓存区，数据缓存种类根据遥感卫星数据特点进行设定，其包含载荷数据、系统恢复数据、遥测数据以及中继数据等，其中载荷数据为高速数据帧，对应存入高速缓存区中，所述高速数据帧泛指需要速率在100Mbps以上的传输帧，其余类型的数据为低速数据帧，所述低速数据帧泛指存储数据率小于等于100Mbps的数据。这些低速数据帧分别存储在各自对应的低速缓存区中，共m个低速数据缓冲区。数据路由模块中的每一个数据缓存区采用乒乓接收机制，如果任意一个数据缓存区接收的数据帧大于Flash内部存储最小单元(以页为单位)的大小，则向Flash存储管理模块提出新数据存储请求。

3、指令解析模块

为了减少指令所需要的信息传输负担。指令解析模块内部包含指令集，指令集包含多条指令，每个指令包含指令号来确定指令要素，指令要素中包括目标文件(即操作对象)。

指令解析模块其指令解析过程为：首先，响应新指令请求，解析数据路由模块指令缓存中的指令帧，将指令号与预存的指令集进行比对来确定要执行的指令要素，根据指令要素确定目标文件操作，向MRAM管理模块发送目标文件信息状态请求，接收MRAM管理模块反馈目标文件系统状态信息，根据目标文件系统状态信息，控制MRAM管理模块通过读写MRAM磁电存储器执行相关文件信息操作来设置或者变更文件系统状态信息。

本实施例中，指令包括文件系统管理指令和数据流控制指令两类。文件系统管理类指令包括建立文件指令、打开文件指令、关闭文件指令等；数据流控制指令执行保存文件指令等。

每个分区存储具有相同存储回放需求的数据，每个文件分区参照本身存储特性而选择指令使用。其中：

第一存储分区支持创建文件、数据写入、保存文件、打开文件，清空文件等文件指令。其中以打开文件操作作为新一次系统恢复数据存储的开始标志，以保存文件操作作为本次数据存储操作的结束标志。

第二存储分区支持创建文件、数据写入、保存文件、清空文件等文件指令。

第三存储分区支持创建文件、数据写入、保存文件、打开文件，清空文件等文件操作。以打开文件操作来使能分区内某个文件，支持向已经打开的文件进行存储数据以及其他文件管理操作。同时单个文件写满后须清空后，方可重新存入数据。

第四存储分区支持创建文件、数据写入、保存文件、关闭文件、清空文件等文件指令。同时间内本区只有一个文件使能，以创建文件或者打开文件操作来使能分区内某个文件，支持向使能文件进行存储数据与回放以及其他文件管理操作。

不同的指令具备不同的指令要素，执行不同的操作，例如：

创建文件指令的指令要素包括文件号、文件大小，指令解析模块根据文件号确定该指令对应的目标文件，向MRAM管理模块发送目标文件信息请求，MRAM管理模块反馈文件系统信息，所述文件系统信息还包括目标文件存储状态，指令解析模块判断目标文件存储状态，如果目标文件存储状态为“未存在”，则根据文件号和文件大小，计算得到目标文件的起始地址、结束地址，并通过MRAM管理模块写入MRAM磁电存储器中，并设置目标文件存储状态为“存在”。

4、Flash存储管理模块

FLASH存储管理模块实现对从10Kbps到几百兆bps不同速率遥感数据的一体化存储。在收到新数据通知后，通过新数据在数据路由模块所在数据缓存区，确定新数据对应的目标文件。在该目标文件打开并使能的前提下，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，读取数据路由模块中的新数据，并将其以目标文件存储指针为首地址依次存储至对应的目标文件中，随后，向MRAM管理模块发送更新目标文件存储指针请求。

如图3所示，所述Flash存储管理模块包括高速Flash存储管理单元、n个Flash存储空间和n个基础单元；Flash存储空间和基础单元一一对应构成一个Flash通道；n>1；其中：

高速Flash存储管理单元，连接数据路由模块的高速数据缓存区，在收到高速数据缓存区所对应的新数据通知后，确定新数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，使能其中一个Flash通道，向该Flash通道对应的基础单元发送通道写启动信号，选通高速数据缓存区的数据至该Flash通道的基础单元；

基础单元，收到高速Flash存储管理单元的写启动信号之后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，此目标文件存储指针对应本通道Flash存储空间，由MRAM管理模块根据目标文件存储指针请求及其来源确定；读取新数据，并按照Flash存储空间的接口协议和时序控制要求，将新数据存储至目标文件存储指针为首地址的本通道Flash存储空间中，之后，向MRAM管理模块发送最新的目标文件存储指针。

高速Flash存储管理单元其通过n个Flash通道的交织存储操作来减小系统的整体操作时间，其操作方式如图4所示。随着通道数n的增加，相比于单通道系统，多通道系统使用更少的时间来写入同等大小数据量，存储速率得到有效提升。在收到高速数据缓存区所对应的新数据通知后，确定数据对应的目标文件，在存储使能信号有效的情况下，使能其中一个Flash通道，向该Flash通道对应的基础单元发送通道写启动信号，选通高速数据缓存区的数据至该Flash通道的基础单元。在数据传输完成后，高速Flash存储管理单元采用轮流的方式循环使能各Flash通道来处理后续的高速数据缓存区新数据通知。

所述Flash存储管理模块还包括低速Flash存储管理单元，l个Flash存储空间和1个低速基础单元；其中：

低速Flash存储管理单元，连接数据路由模块的所有低速数据缓存区。在收到任一个低速数据缓存区所对应的新数据通知后，通过新数据所在低速数据缓存区，确定数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，向低速基础单元发送通道写启动信号，选通低速数据缓存区的数据至低速基础单元；

低速基础单元，收到低速Flash存储管理单元的写启动信号之后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，读取新数据，并按照Flash存储空间的接口协议和时序控制要求，将新数据存储至目标文件存储指针所在的Flash存储空间中，，随后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针更新请求，更新目标文件存储指针。

基础单元和低速基础单元均支持负责装置外接的Flash存储单元的接口协议以及时序控制，并针对Flash存储空间执行写入，读取以及擦除操作，其操作流程相似，具体见图5。两个单元模块的区别在于数据流接口不同，基础单元上端数据流接口为高速Flash存储管理单元，下端数据流接口为同一通道对应的Flash存储空间。低速基础单元上端数据流接口为低速Flash存储管理单元，下端数据流接口为所有低速Flash存储管理单元管理的Flash存储空间。

收到写启动信号之后，基础单元模块或者低速基础单元模块向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，读取新数据，并按照Flash存储空间的接口协议和时序控制要求，将新数据存储至目标文件存储指针所在的Flash存储空间中，然后判断首先判断当前存储指针是否到达文件结尾，如果未到达文件结尾则新存储指针为当前存储指针加一；如果到达文件结尾则进一步判断目标文件是否循环存储数据，如果循环存储数据，则新存储指针为文件起始地址，如果不循环存储数据，则新存储指针为当前存储指针文件满标志有效。接着将新存储指针写入MRAM磁电存储器中实现存储指针的更新，在Flash写操作完毕后，写操作过程结束。

基础单元收到擦除启动信号后，基础单元模块从高速Flash存储管理单元获取擦除指针，对擦除指针所在的本通道Flash存储空间进行擦除操作，在擦除操作完成后，将擦除指针递增并反馈给高速Flash存储管理单元；

低速基础单元模块收到擦除启动信号后，向低速Flash存储管理单元获取擦除指针，对擦除指针所在的Flash存储空间进行擦除操作，在擦除操作完成后，将擦除指针递增并反馈给低速Flash存储管理单元；

收到读启动信号之后，基础单元模块或者低速基础单元模块向MRAM管理模块发送目标文件读取指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件读取指针，判断读取指针是否超出目标文件回放最大地址，如果超过则目标文件读取空标志有效，如果没超过则按照Flash存储空间的接口协议和时序控制要求针对目标文件读取指针所在的Flash存储空间中执行读取操作，然后新存储指针为当前存储指针加一并存储到MRAM磁电存储器中，在Flash读操作完毕后，读操作过程结束。

在本实施例中，Flash存储管理模块内部设计了符合本发明定义的Flash存储器的内部分区系统。

低速Flash存储管理单元通过控制一个低速基础单元实现两个存储空间的存储操作，其支持第一存储分区，第二存储分区，第三存储分区的文件存储。其外部上端数据流连接数据路由模块中的系统恢复数据缓存、遥测数据缓存以及中继数据缓存，下端数据流连接对应的低速基础单元模块。低速Flash存储管理单元采用轮循的方式处理来自系统恢复数据缓存、遥测数据缓存以及中继数据缓存的新数据请求。面对一个新数据通知，本单元根据新数据所在低速数据缓存区，确定新数据要存储的目标文件，在存储使能信号有效的情况下，向低速基础单元发送写启动信号，选通新数据所在低速数据缓存区的数据至低速基础单元。同时低速Flash存储管理单元根据分区特性设置不同的存储管理方式，例如第一存储分区文件和第二存储分区文件内部循环更新数据，从而保证数据不停存储。第三存储分区文件不支持循环更新数据，文件存储空间满后不再存储新的数据。

高速Flash存储管理单元负责第三存储分区高速载荷数据的存储，其通过控制3个Flash通道的交织存储操作，其实现的多通道存储系统的存储速率可以达到百兆bps量级，从而满足载荷数据存储要求。高速Flash存储管理单元上端数据流连接数据路由模块中的载荷数据缓存，在收到载荷数据缓存的新数据请求后，判断当前目标文件是否存储使能，如果使能则向一个Flash通道对应的基础单元发送通道写启动信号，选通高速数据缓存区的数据至该Flash通道的基础单元。在缓存区数据传输完毕后，高速Flash存储管理单元接收后续的高速数据缓存区新数据通知，采用轮流的方式循环向下一个Flash通道的基础单元发送写启动信号。

5、MRAM磁电存储器

MRAM磁电存储器用于存储文件系统信息，例如每个文件都有独立的存储指针，回放指针，擦除指针等相关信息，掉电不消失。

6、MRAM管理模块

MRAM管理模块负责MRAM磁电存储器的数据读写操作，用于设置目标文件打开或者使能状态；响应目标文件存储指针请求，反馈目标文件存储指针至FLASH存储管理模块；响应目标文件存储指针更新请求，更新目标文件存储指针。

MRAM磁电存储器的硬件接口包含地址总线，数据总线，读信号，写信号以及选通信号，其外部连接的指令解析模块和Flash存储管理模块，每个模块有一套独立的总线与MRAM管理模块相连。MRAM管理模块通过轮询的方式统一接收并处理多个模块的需求，单次处理一个外部连接模块的请求，处理结束后更换为另一个外部模块，这样实现对MRAM磁电存储器读写操作的时间复用。

如果接受到来自指令解析模块或者Flash存储管理模块的新请求，包括指令解析模块发送的目标文件系统状态请求或者Flash存储管理模块发送的目标文件存储指针请求和更新目标文件存储指针请求，则首先判别请求为读请求还是写请求。如果为读请求，则获取新请求对应的MRAM地址，传递到MRAM磁电存储器的地址总线上并使能读信号，按照MRAM磁电存储器的接口时序完成读操作后，将获得的数值输送到新请求信号对应的读取数据接口上并输送MRAM操作完成信号到新请求信号对应的模块中。如果新请求为写请求，则获取新请求信号对应的MRAM地址和MRAM写入数据，传递到MRAM磁电存储器的地址总线和数据总线上并使能写信号，按照MRAM磁电存储器的接口时序完成写操作后，将输送MRAM操作完成信号到新请求信号对应的模块中。

针对MRAM可能出现的基片失效故障，在使用方式上进行容错设计，在数据的写操作在MRAM磁电存储器不同的地址上存储三次从而实现三模冗余，避免单粒子效应造成的数据错误；将文件系统信息控制在MRAM的四分之一存储空间内，从而支持同一个MRAM模块中不同存储区域之间的冗余切换管理；在硬件外部接口连接多片MRAM磁电存储器，从而支持两个不同MRAM模块间的存储区域分组之间的冗余切换管理。

实施例2：

本发明提供一种星载异构数据统一数据存储装置。面对实际的星载数据处理系统时，本装置会跟据外部接口情况，数据流情况以及功能性能的要求，通过指令来创建合适的文件系统、个性化的Flash空间配置以及相应的数据通信协议。

在具体实例中，本装置以存储与复接FPGA为载体，可与遥感卫星中央管理单元电子学模块集成为卫星数据管理系统，其应用环境参阅图6。

该系统接收来自各外部接口的多种类型数据并进行复接或路由处理，完成包括卫星平台遥测数据、载荷任务相关数据、上行注入数据、系统恢复数据等相关数据的数据记录和回放等操作的控制，并实现对FLASH存储器的管理。装置内部文件系统由外部命令进行控制，命令包由CPU(BM3803)通过Arinc659接口发送或通过远程SpaceWire接口发送。系统外部接口包括连接载荷路由单元AT7910的SpaceWire接口、连接BM3803处理器CPU的Arinc659接口和用于中继上注的LVDS接口，其内部包含两片MRAM磁电存储器以及五片Nand FLASH存储器。结合附图1的本发明异构数据统一存储管理装置内部框图，本装置的接口处理模块满足Arinc659、LVDS以及SpaceWire接口的协议与时序，故可以满足卫星数据管理系统的要求。

存储与复接FPGA内部指令帧，统一采用RMAP协议格式。其写入-回复操作用于文件系统以及数据输入等相关指令，写入命令包校验正确后对指令进行解析并执行，包括设置内部工作模式，修改参数寄存器等。STUP协议主要用于数据帧。

通过需求分析，本发明装置内部的数据流一共有五种类型，具体为：

(1)遥测数据，通过Arinc659总线输入，速率为10Kbps。其存储在Flash中，要求保留至少最近7天的数据；

(2)系统恢复数据，通过Arinc659总线输入，速率为10Kbps。单次数据量最多不超过200k字节，每30s存储一次；按周期连续存储不覆盖之前的数据；

(3)地表参数数据，通过Arinc659总线输入，速率为10Kbps。与载荷数据复接后存储在Flash中；

(4)载荷数据，通过SpaceWire总线输入，速率为100Mbps。以VCDU帧的形式进入FPGA，并存储在Flash中。

(5)中继上行数据，通过LVDS接口输入，速率为5Mbps，其指令帧直接转发到Arinc659总线，数据帧存储在Flash中。

根据数据流分析可知，遥测数据、系统恢复数据、载荷数据、中继上行数据均使用STUP协议传输，而指令帧等使用RMAP协议传输

系统恢复数据的存在需要使用文件系统中的分区0，遥测数据只有一类，故只需要使用分区1的其中一个文件。中继上行数据中的数据帧均属于吞吐速率慢且数据量小，故可以使用分区2进行管理。载荷数据与地表参数数据需要复接后共同存储，故设置分区3来存储两类数据。因此，在本实施例中，文件系统设置涵盖分区0、分区1、分区2、分区3，所有分区都支持并行运行。

下面具体论述每个分区文件系统的具体使用方式：

分区0主要处理系统恢复数据，包含文件0和1。本分区文件支持边擦边记边放，循环更新数据。本分区文件存储数据流程为CPU发送打开文件0指令，然后开始向文件0写入数据指令，最后发送保存文件0的指令作为结束存储的标志。

分区1主要处理遥测数据，本次实例中使用文件2。文件2支持边擦边记边放；也可通过清空文件2指令来清空其内部的数据。文件2的存储数据流程为使用CPU发送向文件2写入数据指令；

分区2主要处理CPU注入数据和中继上行数据，文件号区间为4-100，由用户确定文件使用方式。分区文件支持边记边放。本分区文件存储数据流程为首先创建目标文件或者打开文件，文件号为4-100，从而使能本分区中的目标文件。该目标文件可以同时接收来自CPU和中继上行的数据。其中，CPU注入数据存储数据流程为CPU发送向目标文件写入数据指令，中继上行数据是通过LVDS端口的数据处理后的VCDU数据帧直接存储目标文件中。目标文件写满后不再接收数据，须清空后方可重新存入数据。

分区3主要处理载荷数据和地表参数数据，文件号区间为101-1023，文件需要逐个被创建并存储数据；不支持边记边放，同一时间只支持记录或者回放；本分区文件存储数据流程为首先创建文件，文件号为101-1023，从而使能本分区中的目标文件。该目标文件可以同时接收来自CPU和SpaceWire接口的数据。其中，地表参数数据存储数据经过Arinc659接口预处理后在路由管理模块与来自SpaceWire端口的载荷数据帧进行合路后存储于载荷数据缓存区中，存储到一定大小后便存储到目标文件对应的Flash存储空间中。文件大小随着文件数据输入而增大，当收到关闭目标文件的指令时，则文件大小固定，不再接收新的数据。

多路数据速率区间跨度在10Kbps和100Mbps之间，根据各个分区数据输入情况，将系统外部的5片Nand Flash中的三片作为高速Flash存储管理模块对应的存储空间。三片Flash的控制总线和数据总线各自独立，各自与一个基础单元相连，从而构成三通道Flash交织存储模式，保证Flash的数据吞吐率达到百兆量级，满足载荷数据的存储速率要求。而载荷数据缓存区则作为高速数据缓存区与高速Flash存储管理模块相连。

剩下的两片Nand Flash作为低速Flash存储管理模块管理的存储空间。2片NandFlash对应的控制总线通过地址选通合并为一套控制总线和数据总线与低速基础单元相连。文件号为0-2和文件号4-100的文件数据创建最大地址不能超过两片Nand Flash的容量。同时文件号为0-2的数据缓存区和中继数据的数据缓存区作为低速数据缓存区与低速Flash存储管理模块。

数据流各自独立，从而满足系统数据的多样化存储速率的要求。

综上所述，本发明星载异构数据统一数据存储装置，可与遥感卫星中央管理单元电子学模块集成为卫星数据管理系统，提供卫星多路异源数据存储、实时数据路由等功能；具备不同源的、不同存储功能性能要求的，不同速率输入的数据并行接收、个性化分区存储的能力；具备多路数据复接能力；具备多路数据、多模式、多速率高效并行存储的功能。另外，本发明优越的可沿用性解决了不同型号卫星星载数据管理系统性能要求不同，需要单独设计而造成设计成本提高、可靠性程度降低的问题。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点，突破卫星总体设计变化的壁垒而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

本说明书中未进行详细描述的内容属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于包括Flash存储器，异构数据按照预设的文件系统协议进行存储在Flash存储器中，所述文件系统协议为：Flash存储器分为M个存储分区，每个存储分区中包含N个文件，每个文件分配一个唯一的文件号，异构数据分成L类，各类数据按预设的文件号，记录在相应的文件中，M≥1，N≥1，L≥1，M·N≥L。

2.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于还包括接口数据预处理模块、数据路由模块、Flash存储管理模块、MRAM管理模块和MRAM磁电存储器，其中：

接口数据预处理模块，接收不同外部硬件接口输入的S路异构数据帧，S≥1，将每路异构数据帧分别进行缓存，向数据路由模块发送新数据请求，所述异构数据帧中包含文件号；

数据路由模块，响应每一路异构数据帧对应的新数据请求消息，从数据预处理模块中提取异构数据帧，解析异构数据帧，得到文件号和待存储数据，根据文件号，将各路待存储数据进行分路和合路，将相同文件号对应的数据存入同一个数据缓存区中，并向Flash存储管理模块发出新数据通知；

Flash存储管理模块，在收到新数据通知后，通过新数据在数据路由模块所处的数据缓存区，确定新数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，读取数据路由模块中的新数据，并将其以目标文件存储指针为首地址依次存储至对应的目标文件中，随后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针更新请求，更新目标文件存储指针；

MRAM管理模块，负责MRAM磁电存储器的数据读写操作；

MRAM磁电存储器，用于存储目标文件系统状态信息，所述文件系统状态信息包括文件存储指针、文件打开或者关闭状态、文件使能状态。

3.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于还包括指令解析模块；

接口数据预处理模块，接收外部硬件接口输入的指令帧，向数据路由模块发送新数据请求；

数据路由模块，响应每一路指令帧向数据路由模块发送新数据请求，识别出指令帧，将指令帧存入相应的指令缓存区中，并向指令解析模块提出新指令请求；

指令解析模块，响应新指令请求，解析数据路由模块指令缓存中的指令帧，将指令号与预存的指令集进行比对来确定要执行的指令要素，根据指令要素确定目标文件操作，向MRAM管理模块发送目标文件信息状态请求，接收MRAM管理模块反馈目标文件系统状态信息，根据目标文件系统状态信息，控制MRAM管理模块通过读写MRAM磁电存储器执行相关文件操作来设置或者变更文件系统状态信息。

4.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于所述数据路由模块的数据缓冲区中包括一个高速数据缓冲区，用于存储数据率大于100Mbps的数据，所述Flash存储管理模块包括高速Flash存储管理单元、n个Flash存储空间和n个基础单元；Flash存储空间和基础单元一一对应构成一个Flash通道；n>1其中：

高速Flash存储管理单元，连接数据路由模块的高速数据缓存区，在收到高速数据缓存区所对应的新数据通知后，确定新数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，使能其中一个Flash通道，向该Flash通道对应的基础单元发送通道写启动信号，选通高速数据缓存区的数据至该Flash通道的基础单元；

基础单元，收到高速Flash存储管理单元的写启动信号之后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，此目标文件存储指针对应本通道Flash存储空间，由MRAM管理模块根据目标文件存储指针请求及其来源确定；读取新数据，并按照FLASH存储空间的接口协议和时序控制要求，将新数据存储至目标文件存储指针为首地址的本通道Flash存储空间中，之后，向MRAM管理模块发送最新的目标文件存储指针。

5.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于所述数据路由模块还包括m个低速数据缓冲区，用于存储数据率小于等于100Mbps的数据，所述Flash存储管理模块还包括低速Flash存储管理单元，l个Flash存储空间和1个低速基础单元；其中：

低速Flash存储管理单元，连接数据路由模块的所有低速数据缓存区，在收到任一个低速数据缓存区所对应的新数据通知后，通过新数据所在低速数据缓存区，确定数据对应的目标文件，在该目标文件打开并使能的前提下，向低速基础单元发送写启动信号，选通低速数据缓存区的数据至低速基础单元；

低速基础单元，收到低速Flash存储管理单元的写启动信号之后，向MRAM管理模块发送目标文件存储指针请求，获取MRAM管理模块反馈的目标文件存储指针，读取新数据，并按照Flash存储空间的接口协议和时序控制要求，将新数据存储至目标文件存储指针所在的Flash存储空间中，之后，向MRAM管理模块发送最新的目标文件存储指针。

6.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于所述MRAM磁电存储器中的数据采用三模冗余存储方式进行存储。

7.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于所述异构数据帧以VCDU数据包为单位，在其外部封装STUP协议。

8.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于所述指令帧以VCDU数据包为单位，在其外部封装RMAP协议。

9.根据权利要求1所述的一种遥感卫星异构数据统一存储管理装置，其特征在于所述文件通过建立文件指令来建立，所述创建文件指令的指令要素包括文件号、文件大小，指令解析模块根据文件号确定该指令对应的目标文件，向MRAM管理模块发送目标文件信息请求，MRAM管理模块反馈文件系统信息，所述文件系统信息还包括目标文件存储状态，指令解析模块判断目标文件存储状态，如果目标文件存储状态为“未存在”，则根据文件号和文件大小，计算得到目标文件的起始地址、结束地址，并通过MRAM管理模块写入MRAM磁电存储器中，并设置目标文件存储状态为“存在”。

10.一种卫星数据管理系统，其特征在于包括如权利要求1所述的星载异构数据统一数据存储装置。