CN110727544A - 一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统 - Google Patents

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薛力军
吴志远
蒲卫华
刘宽俊
黄维达
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Abstract

本发明提供了一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统，包括星载计算机，所述星载计算机包括第一星载计算机、第二星载计算机，所述第一星载计算机和所述第二星载计算机采用互为备份的方式，实现微小卫星星上数据的采集和处理；所述第一星载计算机、所述第二星载计算机均采用工业级器件实现，处于冷备状态，同时只有一台星载计算机工作，当工作的那台星载计算机出现异常时，能切换到另外一台星载计算机进行工作。本发明的有益效果是：本发明的微小卫星星载计算机系统通过采用工业级器件、双机冗余、代码备份的方法，实现一种基于工业器件的高可靠的微小卫星星载计算机系统的研制。

Description

一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统
技术领域
本发明涉及星载计算机系统领域，尤其涉及一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统。
背景技术
微小卫星具有性价比高、体积小、重量轻、功耗低等特点，是未来航天器发展的一个重要方向。星载计算机是微小卫星的重要组成部分，负责星上数据的采集和处理。传统大卫星星载计算机系统的研制方法，无法满足微小卫星的要求，需要根据微小卫星的使用特点，研制成本低、体积小，可靠性高的星载计算机。通过采用工业级器件、双机冗余、代码备份等方法，完成一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统的研制。
纵观卫星近几年的发展，发现现有微小卫星星载计算机系统，主要存在如下缺点：使用航天级元器件，成本高，采购周期长；航天级器件更新换代周期长，集成度低，处理器运行速度慢，内存容量低，对外接口有限，使用时需要外扩接口。
发明内容
本发明提供了一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统，包括星载计算机，所述星载计算机包括第一星载计算机、第二星载计算机，所述第一星载计算机和所述第二星载计算机采用互为备份的方式，实现微小卫星星上数据的采集和处理；所述第一星载计算机、所述第二星载计算机均采用工业级器件实现，处于冷备状态，同时只有一台星载计算机工作，当工作的那台星载计算机出现异常时，能切换到另外一台星载计算机进行工作。
作为本发明的进一步改进，所述星载计算机设计看门狗监控电路，所述看门狗监控电路用于监视星载计算机软件运行情况。
作为本发明的进一步改进，所述星载计算机包括引导软件和应用软件，所述星载计算机上电时，首先运行所述引导软件，所述引导软件根据上次运行的所述应用软件份数，引导运行下一份应用软件，实现星务软件的正常加载。
作为本发明的进一步改进，每台所述星载计算机分别由1份引导软件和4份应用软件组成。
作为本发明的进一步改进，所述第一星载计算机、所述第二星载计算机互为备份的方式包括执行如下步骤：
主机当班步骤：当所述星载计算机工作在所述第一星载计算机时，所述第一星载计算机为主机，所述第二星载计算机为备用机，软件正常运行，主机的每份备用软件会检测是否发生双错或者无喂狗信号，若出现双错或者无喂狗信号，所述主机将复位，然后通过主机的引导软件运行至下一份应用程序，仲裁电路对主机复位次数进行统计，主机复位到一定次数，能自动切至备用机进行工作；
备用机当班步骤：当所述星载计算机工作切换至备用机后，备用机的每份应用软件也会检测是否发生双错或者是否无喂狗信号，若出现双错或者无喂狗信号，备用机也复位，然后通过备用机的引导软件运行至下一份应用程序，备用机电路对备用机复位次数进行统计，备用机复位到一定次数，能切换至主机进行工作。
作为本发明的进一步改进，当所述星载计算机工作在主机时，如果没有出现双错信号，出现喂狗信号，如果喂狗信号超800ms，主机复位，硬件电路对主机复位次数进行统计；当所述星载机工作在备用机时，如果没有出现双错信号，出现喂狗信号，如果喂狗信号超800ms，备用机复位，硬件电路对备用机复位次数进行统计。
作为本发明的进一步改进，该微小卫星星载计算机系统还包括星载计算机代码片内FLASH和星载计算机代码片外FLASH，所述星载计算机代码片内FLASH和所述星载计算机代码片外FLASH一比一互为备份。
作为本发明的进一步改进，当软件运行时，会对星载计算机代码片内FLASH和星载计算机代码片外FLASH进行逐块校验，当出现校验错误时，对应块相互备份，星载计算机代码片内FLASH的数据可以备份至星载计算机代码片外FLASH，同样，星载计算机代码片外FLASH的数据也可以备份至星载计算机代码片内FLASH，确保每份代码保持一致。
作为本发明的进一步改进，所述星载计算机代码片内FLASH存储四份，前三份功能一样，使能ECC功能，第四份代码功能与前面三份功能完全一致，但ECC功能禁能。
作为本发明的进一步改进，在所述备用机当班步骤中，所述备用机无法自动切至所述主机，只能通过地面直接指令进行切换。
本发明的有益效果是：本发明的微小卫星星载计算机系统通过采用工业级器件、双机冗余、代码备份的方法，实现一种基于工业器件的高可靠的微小卫星星载计算机系统的研制。
附图说明
图1是本发明星载计算机运行原理框图；
图2是本发明星载计算机代码备份原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统，包括星载计算机，所述星载计算机包括第一星载计算机、第二星载计算机，所述第一星载计算机和所述第二星载计算机采用互为备份的方式，实现微小卫星星上数据的采集和处理；所述第一星载计算机、所述第二星载计算机均采用工业级器件实现，处于冷备状态，同时只有一台星载计算机工作，当工作的那台星载计算机出现异常时，可以切换到另外一台星载计算机进行工作。
所述星载计算机设计看门狗监控电路，所述看门狗监控电路用于监视星载计算机软件运行情况。
所述星载计算机包括引导软件和应用软件，所述星载计算机上电时，首先运行所述引导软件，所述引导软件根据上次运行的所述应用软件份数，引导运行下一份应用软件，实现星务软件的正常加载。
每台所述星载计算机分别由1份引导软件和4份应用软件组成。
星载计算机的硬件电路由主机电路、备用机电路以及仲裁电路组成。
所述第一星载计算机、所述第二星载计算机互为备份的方式包括执行如下步骤：
主机当班步骤：当所述星载计算机工作在所述第一星载计算机时，所述第一星载计算机为主机，所述第二星载计算机为备用机，软件正常运行，主机的每份备用软件会检测是否发生双错或者无喂狗信号，若出现双错或者无喂狗信号，所述主机将复位，然后通过主机的引导软件运行至下一份应用程序，仲裁电路对主机复位次数进行统计，主机复位到一定次数，可以自动切至备用机进行工作。
备用机当班步骤：当所述星载计算机工作切换至备用机后，备用机的每份应用软件也会检测是否发生双错或者是否无喂狗信号，若出现双错或者无喂狗信号，备用机也复位，然后通过备用机的引导软件运行至下一份应用程序，备用机电路对备用机复位次数进行统计，备用机复位到一定次数，可以切换至主机进行工作。
在所述备用机当班步骤中，所述备用机无法自动切至所述主机，只能通过地面直接指令进行切换。
当所述星载计算机工作在主机时，如果没有出现双错信号，出现喂狗信号，如果喂狗信号超800ms，主机复位，硬件电路对主机复位次数进行统计；当所述星载机工作在备用机时，如果没有出现双错信号，出现喂狗信号，如果喂狗信号超800ms，备用机复位，硬件电路对备用机复位次数进行统计。
如图2所示，该微小卫星星载计算机系统还包括星载计算机代码片内FLASH和星载计算机代码片外FLASH，所述星载计算机代码片内FLASH和所述星载计算机代码片外FLASH一比一互为备份。
当软件运行时，会对星载计算机代码片内FLASH和星载计算机代码片外FLASH进行逐块校验，当出现校验错误时，对应块相互备份，星载计算机代码片内FLASH的数据可以备份至星载计算机代码片外FLASH，同样，星载计算机代码片外FLASH的数据也可以备份至星载计算机代码片内FLASH，确保每份代码保持一致。
所述星载计算机代码片内FLASH存储四份，前三份功能一样，使能ECC功能，第四份代码功能与前面三份功能完全一致，但ECC功能禁能。
ECC：Error Checking and Correcting，错误检查和纠正，本发明使用的是汉明码。
本发明提供一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统，由于采用工业级产品，空间环境适应能力有限，通过采用代码互为备份的方式，大大提升了星载计算机的可靠性。
本发明的一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统，通过采用双机冷备以及代码片内FLASH和代码片外FLASH互为备份的方法后，系统由基于工业级器件的星载计算机硬件2套，引导软件2套，应用软件16套组成，软硬件互为备份，大大提高星载机的在轨工作可靠性，能满足微小卫星的使用要求。
目前，本发明提供的一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统，采用两台计算机互为备份的方式，可扩展至双机热备份的方式。
本发明的有益效果是：本发明的微小卫星星载计算机系统通过采用工业级器件、双机冗余、代码备份的方法，实现一种基于工业器件的高可靠的微小卫星星载计算机系统的研制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于工业器件的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，包括星载计算机，所述星载计算机包括第一星载计算机、第二星载计算机，所述第一星载计算机和所述第二星载计算机采用互为备份的方式，实现微小卫星星上数据的采集和处理；所述第一星载计算机、所述第二星载计算机均采用工业级器件实现，处于冷备状态，同时只有一台星载计算机工作，当工作的那台星载计算机出现异常时，能切换到另外一台星载计算机进行工作。
2.根据权利要求1所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，所述星载计算机设计看门狗监控电路，所述看门狗监控电路用于监视星载计算机软件运行情况。
3.根据权利要求2所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，所述星载计算机包括引导软件和应用软件，所述星载计算机上电时，首先运行所述引导软件，所述引导软件根据上次运行的所述应用软件份数，引导运行下一份应用软件，实现星务软件的正常加载。
4.根据权利要求3所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，每台所述星载计算机分别由1份引导软件和4份应用软件组成。
5.根据权利要求3所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，所述第一星载计算机、所述第二星载计算机互为备份的方式包括执行如下步骤：
主机当班步骤：当所述星载计算机工作在所述第一星载计算机时，所述第一星载计算机为主机，所述第二星载计算机为备用机，软件正常运行，主机的每份备用软件会检测是否发生双错或者无喂狗信号，若出现双错或者无喂狗信号，所述主机将复位，然后通过主机的引导软件运行至下一份应用程序，仲裁电路对主机复位次数进行统计，主机复位到一定次数，能自动切至备用机进行工作；
备用机当班步骤：当所述星载计算机工作切换至备用机后，备用机的每份应用软件也会检测是否发生双错或者是否无喂狗信号，若出现双错或者无喂狗信号，备用机也复位，然后通过备用机的引导软件运行至下一份应用程序，备用机电路对备用机复位次数进行统计，备用机复位到一定次数，能切换至主机进行工作。
6.根据权利要求5所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，当所述星载计算机工作在主机时，如果没有出现双错信号，出现喂狗信号，如果喂狗信号超800ms，主机复位，硬件电路对主机复位次数进行统计；当所述星载机工作在备用机时，如果没有出现双错信号，出现喂狗信号，如果喂狗信号超800ms，备用机复位，硬件电路对备用机复位次数进行统计。
7.根据权利要求1所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，该微小卫星星载计算机系统还包括星载计算机代码片内FLASH和星载计算机代码片外FLASH，所述星载计算机代码片内FLASH和所述星载计算机代码片外FLASH一比一互为备份。
8.根据权利要求7所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，当软件运行时，会对星载计算机代码片内FLASH和星载计算机代码片外FLASH进行逐块校验，当出现校验错误时，对应块相互备份，星载计算机代码片内FLASH的数据可以备份至星载计算机代码片外FLASH，同样，星载计算机代码片外FLASH的数据也可以备份至星载计算机代码片内FLASH，确保每份代码保持一致。
9.根据权利要求7所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，所述星载计算机代码片内FLASH存储四份，前三份功能一样，使能ECC功能，第四份代码功能与前面三份功能完全一致，但ECC功能禁能。
10.根据权利要求5所述的微小卫星星载计算机系统，其特征在于，在所述备用机当班步骤中，所述备用机无法自动切至所述主机，只能通过地面直接指令进行切换。
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