CN112666856B - 一种卫星载荷分系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种卫星载荷分系统，包括处理现场可编程门阵列FPGA和路由数字信号处理DSP芯片；所述路由DSP芯片与所述处理FPGA通过总线连接；所述处理FPGA用于输出高低电平至所述路由DSP芯片，所述路由DSP芯片用于检测所述高低电平；所述总线包括EMIF总线；所述外部存储器接口EMIF总线上挂载有静态随机存取存储器SRAM，所述SRAM用于运行程序；所述处理FPGA用于对所述SRAM进行刷新。本申请涉及的卫星载荷分系统通过将所述路由DSP芯片与所述处理FPGA通过总线连接明确了低轨卫星载荷分系统的整体框图设计；且通过所述外部存储器接口EMIF总线上挂载用于运行程序的静态随机存取存储器SRAM，所述处理FPGA对所述SRAM进行刷新，保证了SRAM片内不被单粒子打翻。

Description

一种卫星载荷分系统

技术领域

本申请涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种卫星载荷分系统。

背景技术

早期卫星在信息传输过程中仅仅起中继作用，对数据不做任何处理，需要地面站的配合对数据进行处理，所以早期卫星的功能相对比较单一。随着卫星事业的发展，人们对卫星的信息处理功能要求越来越高，进而对芯片的运算能力要求也越来越高；同时又由于卫星运行在外太空，所以对抗单粒子辐射的也有较高要求。

近年来，随着国家对卫星事业的权限逐渐下放，希望越来越多的民营机构可以从事卫星体系的研制，纵观传统星务系统构成，大体可以分为电源、通信、姿态调整与控制、数据综合采集、三轴稳定控制、结构与热控、载荷数据采集、遥测数据采集以及通信上下行等一系列功能。一方面，低轨小卫星领域载荷分系统设计还处在初级阶段，也不过是参考大卫星的设计方案，只有接口设计而无具体的框架设计；另一方面，又对预防单粒子翻转提出具体要求。

申请内容

针对背景技术中的技术问题，本申请提供了一种既能解决低轨卫星载荷分系统整体框图设计问题，又能预防单粒子翻转的卫星载荷分系统。

本申请是通过以下技术方案实现的：

一种卫星载荷分系统，包括处理现场可编程门阵列FPGA和路由数字信号处理DSP芯片；所述路由DSP芯片与所述处理FPGA通过总线连接；所述处理FPGA用于输出高低电平至所述路由DSP芯片，所述路由DSP芯片用于检测所述高低电平；所述总线包括EMIF总线；所述外部存储器接口EMIF总线上挂载有静态随机存取存储器SRAM，所述SRAM用于运行程序；所述处理FPGA用于对所述SRAM进行刷新。

进一步地，所述EMIF总线上还挂载有非挥发性的磁性随机存储器MRAM，所述MRAM用于存储业务数据。

进一步地，所述EMIF总线上还挂载有配置FPGA，所述配置FPGA用于监控所述路由DSP芯片和所述处理FPGA的运行状态，所述配置FPGA用于将路由重构数据存储在一块NorFlash中的三块不同区域，取数据时将三块区域数据进行三模冗余，保证即使某一位被单粒子打翻也能取出正确的数据。

进一步地，所述卫星载荷分系统还包括综合电子平台、测传一体机和多个载荷；所述综合电子平台用于与所述测传一体机通信以完成数据的交互；所述综合电子平台还用于通过所述路由DSP芯片和所述多个载荷通信以完成数据的交互；所述综合电子平台用于发送请求至所述处理FPGA和接收来自所述处理FPGA的数据。

进一步地，所述多个载荷包括Ka通信机、L通信机、L多波束单机和导航增强单机。

进一步地，所述卫星载荷分系统还包括PCDU、模数转换AD/数模转换DA、姿态轨道、结构与热控制部件和固存；所述综合电子平台通过异步接口与所述PCDU、所述AD/DA、所述姿态轨道、所述结构与热控制部件通信，通过同步接口与所述固存通信，分别依次用于控制PCDU、采样温度和湿度信息、完成姿态轨道控制、完成结构与热控制和写数据至固存。

进一步地，所述EMIF总线接口包括32位数据总线，20位地址总线，4个使能信号CE片选引脚，4个字节使能，1个输出使能位，1个读使能位和一个写使能位；所述4个CE片选引脚分别连接所述SRAM、所述MRAM、所述配置FPGA和所述处理FPGA。

进一步地，还包括Ka通信机；所述Ka通信机用于星间数据的转发与接收；所述Ka通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口，重构时所述路由DSP芯片通过所述EMIF接口将重构数据发送至所述处理FPGA，所述处理FPGA再通过所述同步接口将所述重构数据发送至所述Ka通信机；所述Ka通信机与所述处理FPGA之间设有异步接口，用于发送遥控指令和接收遥测数据。

进一步地，还包括L通信机和L多波束单机；所述L通信机用于业务数据的接收与发送；所述L通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口，所述同步接口用于在重构时进行重构数据的发送，所述路由DSP芯片通过所述EMIF总线将所述重构数据发送至所述处理FPGA，所述处理FPGA通过所述同步接口将数据发送至所述L通信机；所述L通信机与所述处理FPGA之间设有异步接口，用于发送遥控指令和接收遥测数据；所述L多波束单机与所述处理FPGA之间设有异步接口,用于发送遥控指令和接收遥测数据；L多波束单机与L通信机之间还包括光纤接口，所述光纤接口用于发送波束合成信号。

进一步地，还包括导航增强通信机；所述导航增强通信机用于定位定轨；所述导航增强通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口，所述同步接口用于在重构时进行重构数据的发送，所述路由DSP芯片通过所述EMIF总线将所述重构数据发送至所述处理FPGA，所述处理FPGA通过所述同步接口将数据发送至所述导航增强通信机；所述导航增强通信机与所述处理FPGA之间设有异步接口，用于发送遥控指令和接收遥测数据。

本发明提供的卫星载荷分系统中，通过将所述路由DSP芯片与所述处理FPGA通过总线连接；所述处理FPGA用于输出高低电平至所述路由DSP芯片，所述路由DSP芯片用于检测所述高低电平；其中，所述总线包括EMIF总线；如此，明确了低轨卫星载荷分系统的整体框图设计。且通过所述外部存储器接口EMIF总线上挂载用于运行程序的静态随机存取存储器SRAM，所述处理FPGA对所述SRAM进行刷新，保证了SRAM片内不被单粒子打翻，确保SRAM里的程序正确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本申请实施例提供的卫星载荷分系统整体框图设计图；

图2为本申请实施例提供的卫星载荷分系统中综合电子平台与路由DSP的硬件框图；

图3为本申请实施例提供的卫星载荷分系统中测传一体机与路由DSP的硬件框图；

图4为本申请实施例提供的卫星载荷分系统中的Ka通信机硬件框图；

图5为本申请实施例提供的卫星载荷分系统中的L通信机硬件框图；

图6为本申请实施例提供的卫星载荷分系统中的L多波束硬件框图；

图7本申请实施例提供的卫星载荷分系统中的导航增强硬件框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种卫星载荷分系统，包括处理现场可编程门阵列FPGA和路由数字信号处理DSP芯片；所述路由DSP芯片与所述处理FPGA通过总线连接；所述处理FPGA用于输出高低电平至所述路由DSP芯片，所述路由DSP芯片用于检测所述高低电平；所述总线包括EMIF总线；所述外部存储器接口EMIF总线上挂载有静态随机存取存储器SRAM，所述SRAM用于运行程序；所述处理FPGA用于对所述SRAM进行刷新。

本发明实施例提供的卫星载荷分系统中，通过将所述路由DSP芯片与所述处理FPGA通过总线连接；所述处理FPGA用于输出高低电平至所述路由DSP芯片，所述路由DSP芯片用于检测所述高低电平；其中，所述总线包括EMIF总线；如此，明确了低轨卫星载荷分系统的整体框图设计。且通过所述外部存储器接口EMIF总线上挂载用于运行程序的静态随机存取存储器SRAM，所述处理FPGA对所述SRAM进行刷新，保证了SRAM片内不被单粒子打翻，确保SRAM里的程序正确，为未来低轨小卫星载荷分系统方面的设计方案提供参考。此外，本发明实施例提供的卫星载荷分系统中，采用了EMIF总线结构，所有外设均采用总线外挂的设计。此外，对象为存储在SRAM里的程序代码对比对象为存储在1片非易失闪存技术NORFLASH里的3块不同区域的程序代码，采用了3取2的三模冗余设计，极大程度上保证了代码运行的正确性为载荷单机的正确工作提供了基础保证。

在本发明另一实施例中，为了提高系统运算能力，所述路由DSP芯片可以采用运算能力较强且具有抗辐射单粒子较强的DSP芯片TMS320C6701。

如图1所示，在本发明另一实施例中，所述EMIF总线上还挂载有非挥发性的磁性随机存储器MRAM，所述MRAM用于存储业务数据。

如图1所示，在本发明另一实施例中，为了监控所述路由DSP芯片和所述处理FPGA的运行状态，所述EMIF总线上还挂载有配置FPGA。

如图1所示，在本发明另一实施例中，所述卫星载荷分系统还包括综合电子平台、测传一体机和多个载荷；所述综合电子平台用于与所述测传一体机通信以完成数据的交互；所述综合电子平台还用于通过所述路由DSP芯片和所述多个载荷通信以完成数据的交互；所述综合电子平台用于发送请求至所述处理FPGA和接收来自所述处理FPGA的数据。其中，处理FPGA作为接口设计，这就可以将所有载荷单机(包括综合电子平台、测传一体机和多个载荷)均通过处理FPGA进行通信；只要处理FPGA的引脚足够多，理论上可以挂无限多的载荷单机。

综合电子平台是整个星上的核心，负责管控整个卫星的所有资源，而路由DSP是整个载荷系统的神经中枢，同样不可忽略，综合电子平台通过和路由DSP通信管理路由DSP，同时接收路由DSP发送的各个载荷系统的遥测数据。综合电子平台与路由DSP的硬件框图如图2所示。

测传一体机是与地面站通信的载荷系统，起到一个中继和分类作用，接收到地面站的数据后对数据进行校验并判断帧数据是否正确。测传一体机与路由DSP的硬件框图如图3所示。测传一体机在收到馈电上行数据对数据进行分类，如果是给综合电子平台的数据则将数据通过异步口发送给综合电子平台，如果是给载荷数据，则通过同步口将数据发送至处理FPGA，处理FPGA接收完数据后通过控制自身I/O口电平翻转，路由DSP检测到电平翻转信号进入外部中断服务函数，在中断服务函数里通过EMIF去读取FPGA内FIFO数据。路由DSP如果有数据需要发送到地面站，则通过EMIF接口发送至处理FPGA，处理FPGA通过异步接口发送数据至综合电子平台，综合电子平台通过同步接口将所有数据打包发送给测传一体机，测传一体机再发送至地面站。如图1所示，在本发明另一实施例中,所述卫星载荷分系统还包括PCDU、模数转换AD/数模转换DA、姿态轨道、结构与热控制部件和固存。具体地，所述综合电子平台通过异步接口与所述PCDU、所述AD/DA、所述姿态轨道、所述结构与热控制部件通信，通过同步接口与所述固存通信，分别依次用于控制PCDU、采样温度和湿度信息、完成姿态轨道控制、完成结构与热控制和写数据至固存。处理FPGA与综合电子平台之间有同步接口，路由DSP通过处理FPGA将载荷数据发送至综合电子平台，综合电子平台负责将数据写入至固存板；由于使用同步接口较简单，故在此不做详细介绍。路由DSP通过引脚定时输出方波作为外部看门狗的喂狗信号，看门狗一旦在规定时间内没有喂狗信号则通过DSP引脚的RESET管脚将DSP复位，复位FPGA亦是如此，由于功能较为简单，故在此也不做详细介绍。

在本发明另一实施例中，所述EMIF总线接口包括32位数据总线，20位地址总线，4个使能信号CE片选引脚，4个字节使能，1个输出使能位，1个读使能位和一个写使能位；所述4个CE片选引脚分别连接所述SRAM、所述MRAM、所述配置FPGA和所述处理FPGA。在进行总线数据读写时，只要控制好读写时序就可以读写数据。将SRAM、MRAM、配置FPGA和处理FPGA作为外设进行片选，其中SRAM用于存放路由DSP运行程序，MRAM用于存放业务数据，配置FPGA用于程序的加载与遥测量信息的检测以及写重构数据至固存，处理FPGA用作数据接口。处理FPGA和配置FPGA之间通过异步接口传输SRAM里的程序，处理FPGA同时监控SRAM引脚ERR1和ERR2，判断SRAM是否出错。

处理FPGA与载荷单机之间硬件接口设计决定数据的流动方式，由于重构功能对大数据的需要，故设计出同步接口。另外保留异步接口，作为遥控指令与遥测采集的信息通道。在本发明另一实施例中，如图1所示，还包括Ka通信机、L通信机、L多波束单机、导航增强单机。

Ka通信机硬件框图如图4所示，所述Ka通信机作为星间数据的转发与接收，承载着卫星与卫星之间的数据传输，为卫星组网提供了基石，正确设计Ka通信机是卫星组网的基本保证，Ka通信机的可以由M2S090T和M2SV4组成，其中090T作为Ka通信机的主控单元，与处理FPGA有同步接口和异步接口，重构时路由DSP通过EMIF接口将重构数据发送至处理FPGA，处理FPGA再通过同步接口将数据发送至090T。异步接口发送遥控指令与接收遥测量信息。Ka通信机和M2SV4之间有同步接口，负责星间数据的转发与接收。

L通信机硬件框图如图5所示，L通信机作为业务数据的接收与发送单元，决定了卫星与地面终端的数据链路，正确设计出L通信机是卫星与地面终端通信的基本保证。所述L通信机用于业务数据的接收与发送；所述L通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口，所述同步接口用于在重构时进行重构数据的发送，所述路由DSP芯片通过所述EMIF总线将所述重构数据发送至所述处理FPGA，所述处理FPGA通过所述同步接口将数据发送至所述L通信机，异步接口发送遥控指令与接收遥测量信息。

L多波束单机框图如图6所示，多波束天线作为波束赋型的前端，并承载着波束合成的重要功能。在L多波束天线接收到信号后，将多个波束合成为一个信号发送给L通信机进行处理。由于多波束单机的功能较为单一，故在此舍去了同步接口，不做重构功能，只保留异步接口。处理FPGA与M2SK7之间异步接口负责遥控指令的传输以及遥测数据的接收，M2SA54负责定时器刷新以及配置K7。

导航增强硬件框图如图7所示，导航增强单机作为精密定轨的重要单机，承载了本卫星的核心功能，本单机决定了本卫星定位定轨的精度，是优势于其它公司卫星的核心点。导航增强单机可以由M2S090T、FPGA V5和2块DSP组成。处理FPGA与导航增强单机之间同步接口负责将重构数据发送至M2SK7，异步接口负责遥控指令的发送与遥测接收。导航增强单机DSP一个做控制，另一块做算法PPP实现。

在本发明另一实施例中，图1中各接口名称及功能参见表1。

表1

由于本发明实施例中采用了EMIF总线结构，如果有新的总线设计，原则上都可以设计出与本方案相似的方案。

以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种卫星载荷分系统，其特征在于，包括处理现场可编程门阵列FPGA和路由数字信号处理DSP芯片；

所述路由DSP芯片与所述处理FPGA通过总线连接；所述处理FPGA用于输出高低电平至所述路由DSP芯片，所述路由DSP芯片用于检测所述高低电平；

所述总线包括外部存储器接口EMIF总线；所述EMIF总线包括4个使能信号CE片选引脚；所述4个CE片选引脚分别连接所述静态随机存取存储器SRAM、磁性随机存储器MRAM、配置FPGA和所述处理FPGA；所述SRAM用于运行程序；

所述处理FPGA用于对所述SRAM进行刷新；

所述卫星载荷分系统还包括综合电子平台、测传一体机和多个载荷；

所述综合电子平台用于与所述测传一体机通信以完成数据的交互；

所述综合电子平台还用于通过所述路由DSP芯片和所述多个载荷通信以完成数据的交互；

所述综合电子平台用于发送请求至所述处理FPGA和接收来自所述处理FPGA的数据；

所述测传一体机用于与地面站通信，以及对地面站的数据进行校验；

所述卫星载荷分系统还包括导航增强通信机；所述导航增强通信机用于定位定轨；所述导航增强通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口和异步接口。

2.根据权利要求1所述的卫星载荷分系统，其特征在于，所述EMIF总线上还挂载有非挥发性的所述磁性随机存储器MRAM，所述MRAM用于存储业务数据。

3.根据权利要求2所述的卫星载荷分系统，其特征在于，所述EMIF总线上还挂载有所述配置FPGA，所述配置FPGA用于监控所述路由DSP芯片和所述处理FPGA的运行状态以及用于将路由重构数据存储于NorFlash。

4.根据权利要求3所述的卫星载荷分系统，其特征在于，所述多个载荷包括Ka通信机、L通信机、L多波束和导航增强单机。

5.根据权利要求4所述的卫星载荷分系统，其特征在于，还包括PCDU、模数转换AD/数模转换DA、姿态轨道、结构与热控制部件和固存；

所述综合电子平台通过异步接口与所述PCDU、所述AD/DA、所述姿态轨道、所述结构与热控制部件通信，通过同步接口与所述固存通信，分别依次用于控制PCDU、采样温度和湿度信息、完成姿态轨道控制、完成结构与热控制和写数据至固存。

6.根据权利要求3所述的卫星载荷分系统，其特征在于，

所述EMIF总线接口还包括32位数据总线，20位地址总线，4个字节使能，1个输出使能位，1个读使能位和一个写使能位；

7.根据权利要求6所述的卫星载荷分系统，其特征在于，还包括Ka通信机；

所述Ka通信机用于星间数据的转发与接收；

所述Ka通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口，重构时所述路由DSP芯片通过所述EMIF接口将重构数据发送至所述处理FPGA，所述处理FPGA再通过所述同步接口将所述重构数据发送至所述Ka通信机；

所述Ka通信机与所述处理FPGA之间设有异步接口，所述异步接口用于发送遥控指令和接收遥测数据。

8.根据权利要求6所述的卫星载荷分系统，其特征在于，还包括L通信机和L多波束单机；

所述L通信机用于业务数据的接收与发送；

所述L通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口，所述同步接口用于在重构时进行重构数据的发送，所述路由DSP芯片通过所述EMIF总线将所述重构数据发送至所述处理FPGA，所述处理FPGA通过所述同步接口将数据发送至所述L通信机；

所述L通信机与所述处理FPGA之间设有用于发送遥控指令和接收遥测数据的异步接口；

所述L多波束单机与所述处理FPGA之间设有用于发送遥控指令和接收遥测数据的异步接口；

所述L多波束单机与所述L通信机之间设有用于发送波束合成信号的光纤接口。

9.根据权利要求6所述的卫星载荷分系统，其特征在于，

所述导航增强通信机与所述处理FPGA之间设有同步接口，所述同步接口用于在重构时进行重构数据的发送，所述路由DSP芯片通过所述EMIF总线将所述重构数据发送至所述处理FPGA，所述处理FPGA通过所述同步接口将数据发送至所述导航增强单机；

所述导航增强单机与所述处理FPGA之间设有异步接口，用于发送遥控指令和接收遥测数据。

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