CN110780933A - 一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备，涉及卫星通信星上载荷处理领域。本发明由星载设备初始化单元、多版本加载单元、数据帧收发单元、在轨重构/管理单元以及异常处理单元五部分组成。本发明支持星载设备软件多版本加载、在轨软件重构，可实现对卫星在轨维护与软件升级。结合软件定义的思想，使得卫星在特定硬件资源下，可以根据重构不同软件完成不同功能与任务，不仅保证了卫星的可靠性而且增加了卫星的易用性。

Description

一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备
技术领域
本发明涉及卫星通信星上载荷处理领域的一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备，具备星载设备软件多版本加载、在轨软件重构，可实现对卫星在轨维护与软件升级。
背景技术
目前国内卫星载荷引导设备只是引导加载固定版本程序，不支持可选的加载多版本程序；同时无法满足卫星载荷的在轨维护与升级需求。而当前软件定义思想已经渗透到各行各业，对卫星载荷支持多应用、多功能、资源重复利用提出了非常高的要求。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备。本发明基于自定义的链路层帧格式承载上层协议，实现卫星载荷在轨软件重构功能，同时支持解析测控指令进行多版本程序加载功能，具备星上载荷应用灵活、处理简单等优点。
本发明的目的是这样实现的：
一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备，包括星载设备初始化单元1、数据帧收发单元3以及异常处理单元5，其特征在于：还包括在轨重构/管理单元4和多版本加载单元2；
星载设备初始化单元1在上电后运行，进行星载设备硬件环境初始化，软件运行环境初始化，软件数据搬移工作，输出运行结果给多版本加载单元2；还用于根据异常处理单元5的异常信息，进行相应异常处理；
多版本加载单元2接收星载设备初始化单元1运行结果执行版本加载工作；然后接收数据帧收发单元3的遥控指令信息并进行解析，获取加载版本配置，若版本配置正确则将加载版本反馈至数据帧收发单元3，然后将程序搬移到指定地址空间，跳转至程序入口执行；若版本配置错误则进入在轨重构/管理单元4；若在程序搬移过程中出现异常，则进入异常处理单元5；
数据帧收发单元3接收遥控数据，送入多版本加载单元2，并将多版本加载单元2的加载版本信息发送出去；同时接收通信数据，进行异常帧过滤后送入在轨重构/管理单元4，并将在轨重构/管理单元4的响应数据发送出去；若在数据处理过程中出现异常，则进入异常处理单元5；
在轨重构/管理单元4接收多版本加载单元2的版本配置错误信息后，执行在轨重构/管理工作；随后对异常过滤后的通信数据进行分类处理，分为设备管理维护帧和在轨重构数据帧；设备管理维护帧用于进行心跳维护、设备内容查询；在轨重构数据帧用于软件重构，包括重构数据帧处理、重构数据缓存、重构程序搬移、重构程序执行；若在数据处理、程序搬移过程中出现异常，则进入异常处理单元5；
异常处理单元5进行设备异常状态管理，针对程序搬移异常则进入在轨重构/管理单元4，针对上下文溢出异常进入星载设备初始化单元1。
进一步的，所述的在轨重构/管理单元4由协议处理模块4-1、设备管理维护模块4-2、重构数据帧处理模块4-3、重构数据缓存模块4-4、重构程序搬移模块4-5和重构程序执行模块4-6组成；
所述协议处理模块4-1接收多版本加载单元2的版本配置错误信息后，对数据帧收发单元3送来的通信数据进行协议分类处理，将设备管理维护帧送入设备管理维护模块4-2，将轨重构数据帧送入重构数据帧处理模块4-3；
设备管理维护模块4-2对管理数据帧进行处理，将响应信息送入数据帧收发单元3；
重构数据帧处理模块4-3对重构数据帧进行逐帧CRC校验、重构区段校验，若校验正确，将数据帧送入重构数据缓存模块4-4；若收到重构结束帧，将重构数据缓存模块4-4中所有数据进行MD5校验，并与地面站校验结果比对，若正确则执行重构程序搬移模块4-5；若校验错误，返回错误响应送入数据帧收发单元3；
重构数据缓存模块4-4根据帧序号存入指定内存空间，将正确结果送入数据帧收发单元3；重构程序搬移模块4-5将重构数据缓存模块4-4中存储数据按序搬移到程序运行空间，若搬移异常则进入异常处理单元5，若正确则进入重构程序执行模块4-6，并将正确结果送入数据帧收发单元3；重构程序执行模块4-6根据重构程序计算出程序执行入口，并跳转执行。
进一步的，所述的多版本加载单元2由TM/TC信息处理模块2-1、加载版本配置模块2-2、程序搬移模块2-3和程序执行模块2-4组成；
所述的TM/TC信息处理模块2-1对数据帧收发单元3送来的测控数据进行校验识别，分析协议信息，送入TM信息至加载版本配置模块2-2；同时接收加载版本配置模块2-2的加载版本信息，组帧处理后送入数据帧收发单元3；
加载版本配置模块2-2根据TM信息，进行加载版本指令识别，若配置指令异常则进入在轨重构/管理单元4，若配置指令正常则将加载版本信息反馈给TM/TC信息处理模块2-1，并计算指定版本程序的存储地址和程序运行地址，将计算出的地址送入程序搬移模块2-3；
程序搬移模块2-3根据加载版本配置模块2-2计算的存储地址数据按序搬移到程序运行地址，若搬移异常则进入异常处理单元5，若正确则进入程序执行模块2-4；
程序执行模块2-4根据搬移的程序计算出程序执行入口，并跳转执行。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.本发明支持在轨软件重构功能。
2.本发明支持解析测控指令进行多版本程序加载功能。
3.本发明支持基于自定义链路层协议传输，具有架构实现简单、处理速度快、应用灵活等优点。
附图说明
图1是本发明一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备实施例架构图。
图2是本发明的在轨重构/管理单元的实施例架构图。
图3是本发明的多版本加载单元的实施例架构图。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2、附图3和具体实施例对本发明做进一步的说明。
一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备，包括星载设备初始化单元1、数据帧收发单元3以及异常处理单元5，还包括在轨重构/管理单元4和多版本加载单元2；实施例按照图1连接线路。
星载设备初始化单元1在上电后运行，进行星载设备硬件环境初始化，软件运行环境初始化，软件数据搬移工作，输出运行结果给多版本加载单元2；还用于根据异常处理单元5的异常信息，进行相应异常处理；
多版本加载单元2接收星载设备初始化单元1运行结果执行版本加载工作；然后接收数据帧收发单元3的遥控指令信息并进行解析，获取加载版本配置，若版本配置正确则将加载版本反馈至数据帧收发单元3，然后将程序搬移到指定地址空间，跳转至程序入口执行；若版本配置错误则进入在轨重构/管理单元4；若在程序搬移过程中出现异常，则进入异常处理单元5；
数据帧收发单元3接收遥控数据，送入多版本加载单元2，并将多版本加载单元2的加载版本信息发送出去；同时接收通信数据，进行异常帧过滤后送入在轨重构/管理单元4，并将在轨重构/管理单元4的响应数据发送出去；若在数据处理过程中出现异常，则进入异常处理单元5；
在轨重构/管理单元4接收多版本加载单元2的版本配置错误信息后，执行在轨重构/管理工作；随后对异常过滤后的通信数据进行分类处理，分为设备管理维护帧和在轨重构数据帧；设备管理维护帧用于进行心跳维护、设备内容查询；在轨重构数据帧用于软件重构，包括重构数据帧处理、重构数据缓存、重构程序搬移、重构程序执行；若在数据处理、程序搬移过程中出现异常，则进入异常处理单元5；
异常处理单元5进行设备异常状态管理，针对程序搬移异常则进入在轨重构/管理单元4，针对上下文溢出异常进入星载设备初始化单元1。
进一步的，所述的在轨重构/管理单元4由协议处理模块4-1、设备管理维护模块4-2、重构数据帧处理模块4-3、重构数据缓存模块4-4、重构程序搬移模块4-5和重构程序执行模块4-6组成；实施例按照图2连接线路。
所述协议处理模块4-1接收多版本加载单元2的版本配置错误信息后，对数据帧收发单元3送来的通信数据进行协议分类处理，将设备管理维护帧送入设备管理维护模块4-2，将轨重构数据帧送入重构数据帧处理模块4-3；
设备管理维护模块4-2对管理数据帧进行处理，将响应信息送入数据帧收发单元3；
重构数据帧处理模块4-3对重构数据帧进行逐帧CRC校验、重构区段校验，若校验正确，将数据帧送入重构数据缓存模块4-4；若收到重构结束帧，将重构数据缓存模块4-4中所有数据进行MD5校验，并与地面站校验结果比对，若正确则执行重构程序搬移模块4-5；若校验错误，返回错误响应送入数据帧收发单元3；
重构数据缓存模块4-4根据帧序号存入指定内存空间，将正确结果送入数据帧收发单元3；重构程序搬移模块4-5将重构数据缓存模块4-4中存储数据按序搬移到程序运行空间，若搬移异常则进入异常处理单元5，若正确则进入重构程序执行模块4-6，并将正确结果送入数据帧收发单元3；重构程序执行模块4-6根据重构程序计算出程序执行入口，并跳转执行。
进一步的，所述的多版本加载单元2由TM/TC信息处理模块2-1、加载版本配置模块2-2、程序搬移模块2-3和程序执行模块2-4组成；实施例按照图3连接线路。
所述的TM/TC信息处理模块2-1对数据帧收发单元3送来的测控数据进行校验识别，分析协议信息，送入TM信息至加载版本配置模块2-2；同时接收加载版本配置模块2-2的加载版本信息，组帧处理后送入数据帧收发单元3；
加载版本配置模块2-2根据TM信息，进行加载版本指令识别，若配置指令异常则进入在轨重构/管理单元4，若配置指令正常则将加载版本信息反馈给TM/TC信息处理模块2-1，并计算指定版本程序的存储地址和程序运行地址，将计算出的地址送入程序搬移模块2-3；
程序搬移模块2-3根据加载版本配置模块2-2计算的存储地址数据按序搬移到程序运行地址，若搬移异常则进入异常处理单元5，若正确则进入程序执行模块2-4；
程序执行模块2-4根据搬移的程序计算出程序执行入口，并跳转执行。
实施例中的各功能模块均可在一片航天772所原厂生产的CPU处理器BM3823MGRH型号上实现。
本发明简要工作原理如下：
所述一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备的设备初始化单元1在上电后运行，进行星载设备硬件环境初始化，软件运行环境初始化，软件数据搬移工作；多版本加载单元2解析遥控信息，获取加载版本配置，若版本配置正确则将程序搬移到指定地址空间，跳转至程序入口执行；若版本配置错误则进入在轨重构/管理单元4；数据帧收发单元3进行遥控遥测数据的收发、通信数据的收发、异常帧过滤；在轨重构/管理单元4对通信数据帧进行分类处理，分为设备管理维护帧和在轨重构数据帧；设备管理维护帧用于进行心跳维护、设备内容查询；在轨重构数据帧用于软件重构，包括重构数据帧处理、重构数据缓存、重构程序搬移、重构程序执行；异常处理单元5进行设备异常状态管理，根据异常信息的不同进入在轨重构/管理单元4或者星载设备初始化单元1。

Claims (3)

1.一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备，包括星载设备初始化单元(1)、数据帧收发单元(3)以及异常处理单元(5)，其特征在于：还包括在轨重构/管理单元(4)和多版本加载单元(2)；
星载设备初始化单元(1)在上电后运行，进行星载设备硬件环境初始化，软件运行环境初始化，软件数据搬移工作，输出运行结果给多版本加载单元(2)；还用于根据异常处理单元(5)的异常信息，进行相应异常处理；
多版本加载单元(2)接收星载设备初始化单元(1)运行结果执行版本加载工作；然后接收数据帧收发单元(3)的遥控指令信息并进行解析，获取加载版本配置，若版本配置正确则将加载版本反馈至数据帧收发单元(3)，然后将程序搬移到指定地址空间，跳转至程序入口执行；若版本配置错误则进入在轨重构/管理单元(4)；若在程序搬移过程中出现异常，则进入异常处理单元(5)；
数据帧收发单元(3)接收遥控数据，送入多版本加载单元(2)，并将多版本加载单元(2)的加载版本信息发送出去；同时接收通信数据，进行异常帧过滤后送入在轨重构/管理单元(4)，并将在轨重构/管理单元(4)的响应数据发送出去；若在数据处理过程中出现异常，则进入异常处理单元(5)；
在轨重构/管理单元(4)接收多版本加载单元(2)的版本配置错误信息后，执行在轨重构/管理工作；随后对异常过滤后的通信数据进行分类处理，分为设备管理维护帧和在轨重构数据帧；设备管理维护帧用于进行心跳维护、设备内容查询；在轨重构数据帧用于软件重构，包括重构数据帧处理、重构数据缓存、重构程序搬移、重构程序执行；若在数据处理、程序搬移过程中出现异常，则进入异常处理单元(5)；
异常处理单元(5)进行设备异常状态管理，针对程序搬移异常则进入在轨重构/管理单元(4)，针对上下文溢出异常进入星载设备初始化单元(1)。
2.根据权利要求1所述的一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备，其特征在于所述的在轨重构/管理单元(4)由协议处理模块(4-1)、设备管理维护模块(4-2)、重构数据帧处理模块(4-3)、重构数据缓存模块(4-4)、重构程序搬移模块(4-5)和重构程序执行模块(4-6)组成；
所述协议处理模块(4-1)接收多版本加载单元(2)的版本配置错误信息后，对数据帧收发单元(3)送来的通信数据进行协议分类处理，将设备管理维护帧送入设备管理维护模块(4-2)，将轨重构数据帧送入重构数据帧处理模块(4-3)；
设备管理维护模块(4-2)对管理数据帧进行处理，将响应信息送入数据帧收发单元(3)；
重构数据帧处理模块(4-3)对重构数据帧进行逐帧CRC校验、重构区段校验，若校验正确，将数据帧送入重构数据缓存模块(4-4)；若收到重构结束帧，将重构数据缓存模块(4-4)中所有数据进行MD5校验，并与地面站校验结果比对，若正确则执行重构程序搬移模块(4-5)；若校验错误，返回错误响应送入数据帧收发单元(3)；
重构数据缓存模块(4-4)根据帧序号存入指定内存空间，将正确结果送入数据帧收发单元(3)；重构程序搬移模块(4-5)将重构数据缓存模块(4-4)中存储数据按序搬移到程序运行空间，若搬移异常则进入异常处理单元(5)，若正确则进入重构程序执行模块(4-6)，并将正确结果送入数据帧收发单元(3)；重构程序执行模块(4-6)根据重构程序计算出程序执行入口，并跳转执行。
3.根据权利要求1所述的一种支持在轨软件重构功能的星载多版本引导设备，其特征在于所述的多版本加载单元(2)由TM/TC信息处理模块(2-1)、加载版本配置模块(2-2)、程序搬移模块(2-3)和程序执行模块(2-4)组成；
所述的TM/TC信息处理模块(2-1)对数据帧收发单元(3)送来的测控数据进行校验识别，分析协议信息，送入TM信息至加载版本配置模块(2-2)；同时接收加载版本配置模块(2-2)的加载版本信息，组帧处理后送入数据帧收发单元(3)；
加载版本配置模块(2-2)根据TM信息，进行加载版本指令识别，若配置指令异常则进入在轨重构/管理单元(4)，若配置指令正常则将加载版本信息反馈给TM/TC信息处理模块(2-1)，并计算指定版本程序的存储地址和程序运行地址，将计算出的地址送入程序搬移模块(2-3)；
程序搬移模块(2-3)根据加载版本配置模块(2-2)计算的存储地址数据按序搬移到程序运行地址，若搬移异常则进入异常处理单元(5)，若正确则进入程序执行模块(2-4)；
程序执行模块(2-4)根据搬移的程序计算出程序执行入口，并跳转执行。
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