CN111897595B - 一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法 - Google Patents

一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法 Download PDF

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Abstract

一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，适用于卫星的数据采集系统，属于航天机电技术。本发明包括如下步骤：卫星星务管理计算机上电并初始化；初始化完成后的100ms时，读取卫星星务管理计算机应急维护模式状态；若状态为有效，则根据上注遥控指令对卫星星务管理计算机进行应急维护，实现CPU通过上注遥控指令进行星务管理计算机软件维护；若状态为无效，则进行程序搬移，实现正常情况下应用软件的启动，程序搬移结束后，完成卫星星务管理计算机启动与引导。本发明可以在引导失败的情况下进入应急在轨维护功能，此功能可以对星务管理计算机的全部软件进行在轨维护，从而彻底从FLASH芯片的故障中恢复出来。可以完全避免FLASH芯片故障产生的任何影响。

Description

一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法
技术领域
本发明涉及一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，适用于卫星的数据采集系统，属于航天机电技术。
背景技术
随着高轨道卫星技术的发展，软件在卫星系统中扮演着越来越重要的角色，承担的系统功能也越来越多。在星载星务计算机中，传统的程序存储芯片PROM芯片由于存储空间小、占用印制板面积大等问题，在新型号中的应用受到较大的限制。当前的主流大容量程序存储芯片主要是FLASH芯片和EEPROM芯片，此类芯片可提高PROM芯片几十到几百倍的存储空间，同时占用同样的印制板面积。
使用FLASH和EEPROM芯片的程序一般需要进行引导才可以正常启动，考虑到FLASH芯片和EEPROM芯片的在轨验证较少，针对高轨道卫星中广泛应用的程序存储芯片如NOR-FLASH型芯片等程序存储和运行芯片的故障情况，需要设计一种容错引导方法。通过在PROM芯片的引导程序中预置的容错引导软件功能，在NOR-FLASH程序存储芯片部分故障的情况下，软件可以进入容错引导启动模式，使用芯片无故障区域进行引导，使计算机软件功能恢复正常。在，在NOR-FLASH芯片完全故障的情况下，可以进入容错引导维护模式，由地面卫星控制中心进行应急的在轨维护软件注入，也可以使计算机软件功能恢复正常。在新一代通信卫星中，对该方法进行了软件实现和验证，结果表明：此方法可在星载计算机NORFLASH芯片部分故障或完全故障的情况下，使软件恢复正常工作，提高了卫星计算机系统的可靠性，从而提高了整个卫星系统的可靠性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，解决了FLASH芯片的程序引导、故障恢复的问题。
本发明的技术解决方案是：一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，包括如下步骤：
卫星星务管理计算机上电并初始化；
初始化完成后的100ms时，读取卫星星务管理计算机应急维护模式状态；若状态为有效，则根据上注遥控指令对卫星星务管理计算机进行应急维护，实现CPU通过上注遥控指令进行星务管理计算机软件维护，应急维护结束后，完成卫星星务管理计算机启动与引导；若状态为无效，则进行程序搬移，实现正常情况下应用软件的启动，程序搬移结束后，完成卫星星务管理计算机启动与引导。
进一步地，当状态为有效时，若在5分钟内未收到上注遥控指令，则进行程序搬移，实现正常情况下应用软件的启动，程序搬移结束后，完成卫星星务管理计算机启动与引导。
进一步地，所述进行程序搬移包括如下步骤：
S1，进入搬移功能后，首先读取星务管理计算机FLASH固定地址位置上的0x503F0000、0x503F4000和0x504F8000的三份FLASH状态表，对三份状态表进行三取二校验，若校验成功则选取校验成功的状态表作为执行状态表，并进入S2；若校验失败，则等待60秒发送软件切机指令；若软件切机失败，则选取状态表一作为执行状态表，进入S3；
S2，对执行状态表进行校验和计算，若校验和失败或搬移地址不符合预设判据，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则选取状态表一作为执行状态表，进入S3；若校验成功，则进入S3；
S2，根据软件A和软件B的有效状态确定首选软件和次选软件；若软件A有效，或软件A与软件B的版本状态均无效，则进入S4；若软件B有效，则进入S5；
S4，若首选软件为软件A，则对软件A进行三取二校验；若校验通过，则进入S6；若校验失败，则判断次选软件，若次选软件为软件A，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件A的第一镜像至星务管理计算机SRAM中0x4000-0000的地址上；若次选软件为软件B，则进入S5；
S5，若首选软件为软件B，则对软件B进行三取二校验；若校验通过，则进入S7；若校验错误，则判断次选软件，若次选软件为软件B，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件B的第一镜像至星务管理计算机SRAM中0x4016-0000的地址上；若次选软件为软件B，则进入S6；
S6，对软件A进行校验和计算；若校验成功，则进入S8；若校验失败，则判断次选软件；若次选软件为软件A，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件A的第一镜像至星务管理计算机SRAM中0x4000-0000的地址上；若次选软件为软件B，则进入S7；
S7，对软件B进行校验和计算；若校验成功，则进入S8；若校验失败，则判断次选软件；若次选软件为软件B，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件B的第一镜像至SRAM中0x4016-0000的地址上；若次选软件为软件A，则进入S8；
S8，开始进行星务管理计算机SRAM搬移，搬移完毕进入S9；
S9，检查搬移结果是否正确；若正确则进入S11；若不正确，则返回S8；当不正确次数达三次时，进入S10；
S10，将错误信息等记录至星务管理计算机SMU的容错SRAM后，等待60s后发送软件自主切机指令进行切机操作；若发送软件切机指令后，启动软件仍然运行，则进入S11；若程序跑飞，则由星务管理计算机SMU硬件切机电路完成切机；
S11，跳转至星务管理计算机SRAM的程序入口地址，运行引导后程序。
进一步地，所述进行星务管理计算机软件维护包括如下步骤：
星务管理计算机实时接收应急维护指令并进行校验；在轨维护上注指令验证正确后，从在轨维护上注指令指定的内存开始地址连续写入指定长度的数据，并将每次写入数据块的首地址和数据校验信息下传地面，由地面进行数据对比；若对比正确，则向星务管理计算机发出维护启动指令，星务管理计算机收到维护启动指令后启动注入的应急维护程序，并进行在轨应急维护；
星务管理计算机实时接收维护停止指令；当接收到维护停止指令时，完成应急维护。
进一步地，星务管理计算机SMU通过软组帧遥测接口与扩频遥测接口向地面发送遥测数据，两个接口的码速率均为4096bps，每帧的帧长256字节。
一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法的步骤。
一种卫星星务管理计算机软件启动与引导设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用三取二校验、累加和取反校验等多重校验方法。多重校验方法可以检测并修复FLASH芯片在轨程序存储的异常数据，保证故障情况下的正常使用。
(2)本发明采用的异常情况引导功能设计可以在各种异常情况下对星务计算机进行引导，回避异常发生的部位，有效提高引导系统的可靠性。
(3)本发明可以在引导失败的情况下进入应急在轨维护功能，此功能可以对星务管理计算机的全部软件进行在轨维护，从而彻底从FLASH芯片的故障中恢复出来。可以完全避免FLASH芯片故障产生的任何影响。
附图说明
图1为本发明启动流程示意图；
图2为工作模式切换示意图；
图3为引导功能示意图；
图4为应急在轨维护功能流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：
初始化功能会在星务管理计算机上电后完成CPU及外围设备的初始化操作，搬移功能提供正常情况下应用软件的启动操作，应急在轨维护功能实现CPU应急在轨维护模式下通过上注遥控指令进行星务管理计算机软件维护。
应急在轨维护模式主要针对CPU最小系统无法正常运行整星全功能软件而设置的。(由于NOR FLASH故障或者SRAM部分区域故障)
应急维护程序能够保证CPU最小系统正常工作，并保证星地测控数据通信正常，提供地面程序上注功能，地面程序上注完毕后，跳转至SRAM入口地址运行上注后的程序。
当进入应急维护模式时，如在启动该模式下5分钟内星务计算机均未收到地面上注的指令程序，则计算机自动跳转至程序搬移功能，搬移NOR FLASH的程序至SRAM并跳转运行。
CPU初始化结束后，等待100ms后启动软件会读取应急维护模式硬件状态，若应急维护模式状态有效，则进入应急在轨维护功能，进入应急维护功能后软件自动清除应急维护模式硬件状态；若应急维护模式状态无效，则进入程序搬移功能。
应急维护模式硬件状态仅在初始化后判断一次，当CPU工作在正常模式下，直接发送该指令应用软件不响应，因此，如要进入应急维护模式，先发送应急维护指令后再发送CPU复位遥控指令。
两种工作模式切换如图2所示。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，在正常运行模式下，初始化后启动软件执行程序引导操作。引导程序采用三取二校验方式，在开始三取二程序读取前，引导程序先判断NOR FLASH中的状态表信息。
进一步，在一种可能实现的方式中，引导操作的流程图如图3所示：
步骤1：进入搬移功能后，首先读取FLASH固定地址位置上的(0x503F0000\0x503F4000\0x504F8000)的三份FLASH状态表，对三份状态表进行3取2校验，选取校验成功的状态表作为执行状态表，如校验成功进入步骤2。若3取2校验失败，则等待60s发送软件切机指令，切机失败后，则默认选取状态表1作为执行状态表，进入步骤3；
步骤2：对三取二成功的FLASH状态表进行校验和计算(累加取反)，如校验和失败或搬移地址不符合判据，则等待60s发送软件切机指令，切机失败后，则默认选取状态表1作为执行状态表，如校验成功，则进入步骤3；
步骤3：判断首选软件和次选软件，若软件A有效(或软件A和软件B版本状态均无效)，则进入步骤4；若软件B有效，则进入步骤5。
步骤4：先对软件A进行3取2校验，若校验通过，则进入步骤6。若3取2校验错误(即三份均不同)，则判断次选软件，如次选软件也为软件A，则等待60s发送软件切机指令，如切机失败则默认搬移软件A镜像1(或标识为有效的第一份程序)至SRAM中0x4000-0000的地址上，如次选软件为软件B，则进入步骤5；
步骤5：先对软件B进行3取2校验，若校验通过，则进入步骤7。若3取2校验错误(即三份均不同)，则判断次选软件，如次选软件也为软件B，则等待60s发送软件切机指令，如切机失败则默认搬移软件B第一镜像(或标识为有效的第一份程序)至SRAM中0x4016-0000的地址上，如次选软件为软件A，则进入步骤6；
步骤6：对软件A进行校验和计算(累加取反)，如成功进入步骤8，如失败，则判断次选软件，如次选软件也为软件A，等待60s发送软件切机指令，如切机失败则默认搬移软件A镜像1至SRAM中0x4000-0000的地址上，如次选软件为软件B，则进入步骤7；
步骤7：对B版程序进行校验和计算(累加取反)，如成功进入步骤8，如失败则判断次选软件，如次选软件也为软件B，等待60s发送软件切机指令，如切机失败则默认搬移软件B镜像1至SRAM中0x4016-0000的地址上，如次选软件为软件A，则进入步骤8；
步骤8：开始进行SRAM搬移，搬移完毕进入步骤9；
步骤9:检查搬移结果是否正确，若正确则进入步骤11，跳转至SRAM执行，若不正确则重新搬移，进入步骤10；
步骤10：若搬移不正确达3次，则等待60s后发送软件自主切机指令进行切机操作，发送软件切机前，需要把错误信息等记录至SMU的容错SRAM，便于对方机上电获取该信息。若搬移未达到3次，则跳转至步骤8。若发送软件切机指令后，启动软件仍然运行表明软件自主切机失败，此时强制调转至步骤11，如程序跑飞由SMU硬件切机电路完成切机。
步骤11：跳转至SRAM的程序入口地址，运行引导后程序。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，应急维护模式下的星务管理计算机可以具备一定的遥测、遥控功能。当进入应急在轨维护功能后，软件自动完成维护硬件状态清除，当地面确认该遥测已清除后，才开始上述程序块。在完成程序块注入后，跳转到上注的程序处运行。应急维护模式流程图如图4所示：
进一步，在一种可能实现的方式中，星务管理计算机应急在轨维护时的有效指令仅包括：在轨维护上注指令、在轨维护启动指令、维护停止指令。
具体的，在一种可能实现的方式中，经过指令验证正确后，对于在轨维护上注指令，从指令指定的内存开始地址连续写入指定长度的数据，并将每次写入数据块的首地址，数据校验等信息下传地面。当所有程序块正确注入完成之后，地面发出维护启动指令，星务管理计算机收到此指令后启动注入的新的程序。
进一步，在一种可能实现的方式中，星务管理计算机应急在轨维护功能的遥测格式不包括1553B总线遥测数据及应用软件遥测数据，只下传反映当前软件状态的最基本的遥测信息和部分上注数据内容。
具体的，在一种可能实现的方式中，应急遥测下传周期为500ms，应急维护模式下SMU通过软组帧遥测接口与扩频遥测接口向地面发送遥测数据，两个接口的码速率均为4096bps，每帧的帧长256字节。
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 (6)

1.一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，其特征在于，包括如下步骤：
卫星星务管理计算机上电并初始化；
初始化完成后的100ms时，读取卫星星务管理计算机应急维护模式状态；若状态为有效，则根据上注遥控指令对卫星星务管理计算机进行应急维护，实现CPU通过上注遥控指令进行星务管理计算机软件维护，应急维护结束后，完成卫星星务管理计算机启动与引导；若状态为无效，则进行程序搬移，实现正常情况下应用软件的启动，程序搬移结束后，完成卫星星务管理计算机启动与引导；
所述进行程序搬移包括如下步骤：
S1，进入搬移功能后，首先读取星务管理计算机FLASH固定地址位置上的0x503F0000、0x503F4000和0x504F8000的三份FLASH状态表，对三份状态表进行三取二校验，若校验成功则选取校验成功的状态表作为执行状态表，并进入S2；若校验失败，则等待60秒发送软件切机指令；若软件切机失败，则选取状态表一作为执行状态表，进入S3；
S2，对执行状态表进行校验和计算，若校验和失败或搬移地址不符合预设判据，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则选取状态表一作为执行状态表，进入S3；若校验成功，则进入S3；
S2，根据软件A和软件B的有效状态确定首选软件和次选软件；若软件A有效，或软件A与软件B的版本状态均无效，则进入S4；若软件B有效，则进入S5；
S4，若首选软件为软件A，则对软件A进行三取二校验；若校验通过，则进入S6；若校验失败，则判断次选软件，若次选软件为软件A，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件A的第一镜像至星务管理计算机SRAM中0x4000-0000的地址上；若次选软件为软件B，则进入S5；
S5，若首选软件为软件B，则对软件B进行三取二校验；若校验通过，则进入S7；若校验错误，则判断次选软件，若次选软件为软件B，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件B的第一镜像至星务管理计算机SRAM中0x4016-0000的地址上；若次选软件为软件B，则进入S6；
S6，对软件A进行校验和计算；若校验成功，则进入S8；若校验失败，则判断次选软件；若次选软件为软件A，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件A的第一镜像至星务管理计算机SRAM中0x4000-0000的地址上；若次选软件为软件B，则进入S7；
S7，对软件B进行校验和计算；若校验成功，则进入S8；若校验失败，则判断次选软件；若次选软件为软件B，则等待60s发送软件切机指令；若切机失败，则搬移软件B的第一镜像至SRAM中0x4016-0000的地址上；若次选软件为软件A，则进入S8；
S8，开始进行星务管理计算机SRAM搬移，搬移完毕进入S9；
S9，检查搬移结果是否正确；若正确则进入S11；若不正确，则返回S8；当不正确次数达三次时，进入S10；
S10，将错误信息等记录至星务管理计算机SMU的容错SRAM后，等待60s后发送软件自主切机指令进行切机操作；若发送软件切机指令后，启动软件仍然运行，则进入S11；若程序跑飞，则由星务管理计算机SMU硬件切机电路完成切机；
S11，跳转至星务管理计算机SRAM的程序入口地址，运行引导后程序。
2.根据权利要求1所述的一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，其特征在于：当状态为有效时，若在5分钟内未收到上注遥控指令，则进行程序搬移，实现正常情况下应用软件的启动，程序搬移结束后，完成卫星星务管理计算机启动与引导。
3.根据权利要求1所述的一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，其特征在于，所述进行星务管理计算机软件维护包括如下步骤：
星务管理计算机实时接收应急维护指令并进行校验；在轨维护上注指令验证正确后，从在轨维护上注指令指定的内存开始地址连续写入指定长度的数据，并将每次写入数据块的首地址和数据校验信息下传地面，由地面进行数据对比；若对比正确，则向星务管理计算机发出维护启动指令，星务管理计算机收到维护启动指令后启动注入的应急维护程序，并进行在轨应急维护；
星务管理计算机实时接收维护停止指令；当接收到维护停止指令时，完成应急维护。
4.根据权利要求3所述的一种卫星星务管理计算机软件启动与引导方法，其特征在于：星务管理计算机SMU通过软组帧遥测接口与扩频遥测接口向地面发送遥测数据，两个接口的码速率均为4096bps，每帧的帧长256字节。
5.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～权利要求4任一所述方法的步骤。
6.一种卫星星务管理计算机软件启动与引导设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1～权利要求4任一所述方法的步骤。
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