CN113672365A - 一种条件触发式星载计算机备份调度方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种条件触发式星载计算机备份调度方法和系统，该方法包括：控制系统加电后，主份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行正常控制任务；根据外部电平的线与值，确定备份计算机的启动策略；若外部电平的线与值有效，则备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行自主规划任务；若外部电平的线与值无效，且主份计算机不健康，容错单元请求备份计算机加电，则备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，替代主份计算机执行正常控制任务，主份计算机停止工作。本发明解决了自主规划任务软件庞大复杂的算法需求和现有控制计算机资源之间的矛盾、以及控制软件的成熟性与规划软件的创新性存在软件同步开发之间的矛盾。

Description

一种条件触发式星载计算机备份调度方法和系统
技术领域
本发明属于自主规划任务技术领域，尤其涉及一种条件触发式星载计算机备份调度方法和系统。
背景技术
小卫星通用平台特点是机动能力强、控制指标高且具有一定价格优势。为了更好地完成卫星在轨各项工作，小卫星控制分系统也将集成在轨自主规划任务。在集成自主规划任务的过程中，遇到了两个问题：
第一，自主规划任务软件复杂的算法需求和小卫星通用平台控制计算机现有资源的矛盾。自主规划任务软件复杂庞大，占用星上运行周期长，且产生大量运算数据，而小卫星通用平台控制计算机运行任务周期短，计算机本身运算能力弱、且存储器空间有限，不足以支撑自主任务规划软件全功能运行。
第二、控制软件的成熟性与规划软件的创新性存在软件同步开发的矛盾。
现有小卫星控制算法和硬件平台日趋成熟，控制软件的开发工作也是一项“标准化”工作。但自主规划软件更适合采用XP开发方式，采用“用户需求-算法实现-仿真测试”快速迭代，通过迭代不断完善，达到快速地响应市场需求的目的。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种条件触发式星载计算机备份调度方法和系统，旨在解决自主规划任务软件复杂的算法需求和小卫星通用平台控制计算机现有资源之间的矛盾、以及控制软件的成熟性与规划软件的创新性存在软件同步开发之间的矛盾。。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种条件触发式星载计算机备份调度方法，包括：
控制系统加电后，主份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行正常控制任务；
根据外部电平的线与值，确定备份计算机的启动策略；
若外部电平的线与值有效，且主份计算机不健康，容错单元请求备份计算机加电，则备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行自主规划任务；
若外部电平的线与值无效，则备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，替代主份计算机执行正常控制任务，主份计算机停止工作。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，备份计算机执行自主规划任务的流程如下：
引导存储于特定位置的自主规划软件运行，并设置相应的任务调用；其中，设置的相应的任务调用，包括：自主规划软件各个任务的优先级，自主规划软件的初始化参数、自主规划软件与主份计算机的通讯；
挂载中断后，开始周期性运行。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，
正常控制任务，包括：控制主任务、自主规划基本任务和系统管理任务；
自主规划任务，包括：自主规划主任务、自主规划基本任务和系统管理任务；其中，自主规划基本任务，包括：通讯数据的处理和分发，按现有优先级对规划目标进行队列控制。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，
控制主任务、自主规划基本任务和系统管理任务的时间片划分分别为：≤90ms、≤25ms和≤10ms；
自主规划主任务、自主规划基本任务和系统管理任务的时间片划分分别为：≤90ms、≤25ms和≤10ms。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，还包括：
获取星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平；
根据星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平，判断外部电平的线与值是否有效。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，根据星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平，判断外部电平的线与值是否有效，包括：
当星务收到地面指令时，置位星务允许加载标志电平有效；
当根据容错单元的判断结果确定主份计算机健康当班时，置位星务允许加载标志电平有效；
当检测到星务允许加载标志电平和星务允许加载标志电平均有效时，置位外部电平的线与值有效。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，根据星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平，判断外部电平的线与值是否有效，包括：
当根据容错单元的判断结果确定主份计算机不健康时，置位星务允许加载标志电平有效，此时直接置位外部电平的线与值无效。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，当外部电平的线与值有效时，主份计算机与备份计算机协同工作，主份计算机执行正常控制任务，备份计算机执行自主规划任务，并将该状态定义为卫星正常工作模式状态。
在上述条件触发式星载计算机备份调度方法中，当处于卫星正常工作模式状态下时，主份计算机与备份计算机之间通过预设总线接口，进行通讯并完成两机之间的交互；其中，两机之间的交互，包括：数据和指令的交互，主份计算机对备份计算机的操作和管理。
相应的，本发明还公开了一种条件触发式星载计算机备份调度系统，包括：
主份计算机，用于在控制系统加电后启动运行，完成初始软件状态设置，执行正常控制任务；
判断模块，用于根据外部电平的线与值，确定备份计算机的启动策略；
备份计算机，用于在外部电平的线与值有效时，启动运行，完成初始软件状态设置，执行自主规划任务；以及，在外部电平的线与值无效，且主份计算机不健康，容错单元请求备份计算机加电时，启动运行，完成初始软件状态设置，替代主份计算机执行正常控制任务，主份计算机停止工作。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种条件触发式星载计算机备份调度方案，具有独立不影响正常任务运行的特点，采用了功能软件独立开发运行技术手段，进而具有可快速响应市场需求的优点。
(2)本发明公开了一种条件触发式星载计算机备份调度方案，在保证星上正常软件任务正常运行的同时，也具有最小模式自主任务规划的功能。
(3)本发明公开了一种条件触发式星载计算机备份调度方案，采用线与值有效的方式进行二次引导启动任务，降低了软件运行过程中错误启动率。
(4)本发明公开了一种条件触发式星载计算机备份调度方案，主/备份计算机加电共同进行任务计算工作，通过串口传递数据，在主份计算机发生故障时，能够通过切换至备份计算机保证卫星任务正常运行。
附图说明
图1是本发明实施例中一种条件触发式星载计算机备份调度方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中一种多级容错引导备份计算机的逻辑框图；
图3是本发明实施例中一种双机协同工作的流程示意图；
图4是本发明实施例中一种条件触发式星载计算机备份调度系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
本发明的核心思想之一在于：基于传统冷备份计算机架构，在单份计算机资源和运算能力受限的情况下，将原冷备份计算机设计，改为条件触发式热备份运行。双机分别运行不同的软件，协同工作。具体包括两种运行模式为：
1、主份计算机运行正常控制任务，备份计算机运行其它占用资源较多的非控制类任务(如：全功能的自主规划任务)。备份计算机的启用，提供了近一倍的计算和存储资源的能力，同时不降低冷备份计算机执行正常控制任务的可靠性，对未来控制软件设计优化具有普遍的现实意义。
2、主份计算机故障，备份计算机运行正常控制任务，通过设计合理的容错策略保证切机流程安全可靠。
参照图1，在本实施例中，该条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，包括：
步骤101，控制系统加电后，主份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行正常控制任务。
在本实施例中，正常控制任务包括但不仅限于：控制主任务、自主规划基本任务和系统管理任务。进一步的，自主规划基本任务包括但不仅限于：通讯数据的处理和分发，按现有优先级对规划目标进行队列控制。其中，控制主任务、自主规划基本任务和系统管理任务的时间片划分分别为：≤90ms、≤25ms和≤10ms，如表1所示：
任务号 任务描述 时间片划分
任务1 控制主任务 ≤90ms
任务2 自主规划基本任务 ≤25ms
任务3 系统管理任务 ≤10ms
表1
可见，在本实施例中，主份计算机保留了自主规划基本任务，确保了主份计算机单份工作时，也能保证基本的自主规划任务业务连续(通讯数据处理、分发、并按现有优先级对规划目标进行队列控制等)。
步骤102，根据外部电平的线与值，确定备份计算机的启动策略。
在本实施例中，基于外部电平的线与值，构建了多级容错的备份计算机二次引导策略。其中，二次引导策略是指由整星直接指令启动备份计算机，并利用多系统组合容错策略引导备份计算机。这里的多系统组合容错策略是指：采用多级容错电平的线与值(简称:外部电平的线与值)作为启动标识，引导启动备份计算机，策略框图如图2所示。
如前所述，启动标识即外部电平的线与值，外部电平的线与值的有效判断如下：获取星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平；根据星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平，判断外部电平的线与值是否有效。其中，当星务收到地面指令时，置位星务允许加载标志电平有效；当根据容错单元的判断结果确定主份计算机健康当班时，置位星务允许加载标志电平有效；当检测到星务允许加载标志电平和星务允许加载标志电平均有效时，置位外部电平的线与值有效。当根据容错单元的判断结果确定主份计算机不健康时，置位星务允许加载标志电平有效，此时直接置位外部电平的线与值无效。上述双电平的设计，以及非同源的特点保证了系统安全。
优选的，若外部电平的线与值有效，则执行步骤103，备份计算机引导为自主规划模式；若外部电平的线与值无效，且主份计算机不健康，容错单元请求备份计算机加电，则执行步骤104，备份计算机引导为控制模式。
步骤103，备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行自主规划任务。
在本实施例中，备份计算机执行自主规划任务的具体流程如下：引导存储于特定位置的自主规划软件运行，并设置相应的任务调用；挂载中断后，开始周期调用。其中，设置的相应的任务调用，包括：自主规划软件各个任务的周期、优先级，初始化参数等。
优选的，自主规划任务包括但不仅限于：自主规划主任务、自主规划基本任务和系统管理任务。其中，自主规划主任务、自主规划基本任务和系统管理任务的时间片划分分别为：≤90ms、≤25ms和≤10ms，如下表2所示：
任务号 任务描述 任务处理时间
任务1 自主规划主任务 ≤90ms
任务2 自主规划基本任务 ≤25ms
任务3 系统管理任务 ≤10ms
表2
其中，自主规划主任务的周期调度依据实际情况，进行多周期计算或单周期计算设置。
步骤104，备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，替代主份计算机执行正常控制任务，主份计算机停止工作。
在本实施例中，如前所述，在轨主份计算机发生故障后，容错单元判断到主份计算机不健康，则进行双机断电，开备份计算机。此时，容错单元依据主份计算机不健康，置位备份计算机的容错允许加载标志电平为无效，此时，外部电平的线与值也为无效，备份计算机引导为控制模式。该状态下，主份计算机已经无法正常工作，并应处于断电状态。
如图3所示，在本实施例中，当外部电平的线与值有效时，主份计算机与备份计算机协同工作，主份计算机执行正常控制任务，备份计算机执行自主规划任务，并将该状态定义为卫星正常工作模式状态。
优选的，当处于卫星正常工作模式状态下时，主份计算机与备份计算机之间通过预设总线接口，进行通讯并完成两机之间的交互。其中，两机之间的交互，包括：数据和指令的交互，主份计算机对备份计算机的操作和管理(含备份计算机软件在轨完整更新)。
在上述实施例的基础上，如图4，本发明还公开了一种条件触发式星载计算机备份调度系统，包括：主份计算机401，用于在控制系统加电后启动运行，完成初始软件状态设置，执行正常控制任务；判断模块402，用于根据外部电平的线与值，确定备份计算机的启动策略；备份计算机403，用于在外部电平的线与值有效时，启动运行，完成初始软件状态设置，执行自主规划任务；以及，在外部电平的线与值无效，且主份计算机不健康，容错单元请求备份计算机加电时，启动运行，完成初始软件状态设置，替代主份计算机执行正常控制任务，主份计算机停止工作。
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，包括：
控制系统加电后，主份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行正常控制任务；
根据外部电平的线与值，确定备份计算机的启动策略；
若外部电平的线与值有效，则备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，执行自主规划任务；
若外部电平的线与值无效，且主份计算机不健康，容错单元请求备份计算机加电，则备份计算机启动运行，完成初始软件状态设置，替代主份计算机执行正常控制任务，主份计算机停止工作。
2.根据权利要求1所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，备份计算机执行自主规划任务的流程如下：
引导存储于特定位置的自主规划软件运行，并设置相应的任务调用；其中，设置的相应的任务调用，包括：自主规划软件各个任务的优先级，自主规划软件的初始化参数、自主规划软件与主份计算机的通讯；
挂载中断后，开始周期性运行。
3.根据权利要求1所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，
正常控制任务，包括：控制主任务、自主规划基本任务和系统管理任务；
自主规划任务，包括：自主规划主任务、自主规划基本任务和系统管理任务；其中，自主规划基本任务，包括：通讯数据的处理和分发，按现有优先级对规划目标进行队列控制。
4.根据权利要求3所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，
控制主任务、自主规划基本任务和系统管理任务的时间片划分分别为：≤90ms、≤25ms和≤10ms；
自主规划主任务、和系统管理任务的时间片划分分别为：≤90ms、≤25ms和≤10ms。
5.根据权利要求1所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，还包括：
获取星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平；
根据星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平，判断外部电平的线与值是否有效。
6.根据权利要求5所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，根据星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平，判断外部电平的线与值是否有效，包括：
当星务收到地面指令时，置位星务允许加载标志电平有效；
当根据容错单元的判断结果确定主份计算机健康当班时，置位星务允许加载标志电平有效；
当检测到星务允许加载标志电平和星务允许加载标志电平均有效时，置位外部电平的线与值有效。
7.根据权利要求5所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，根据星务允许加载标志电平和容错允许加载标志电平，判断外部电平的线与值是否有效，包括：
当根据容错单元的判断结果确定主份计算机不健康时，置位星务允许加载标志电平有效，此时直接置位外部电平的线与值无效。
8.根据权利要求1所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，当外部电平的线与值有效时，主份计算机与备份计算机协同工作，主份计算机执行正常控制任务，备份计算机执行自主规划任务，并将该状态定义为卫星正常工作模式状态。
9.根据权利要求1所述的条件触发式星载计算机备份调度方法，其特征在于，当处于卫星正常工作模式状态下时，主份计算机与备份计算机之间通过预设总线接口，进行通讯并完成两机之间的交互；其中，两机之间的交互，包括：数据和指令的交互，主份计算机对备份计算机的操作和管理。
10.一种条件触发式星载计算机备份调度系统，其特征在于，包括：
主份计算机，用于在控制系统加电后启动运行，完成初始软件状态设置，执行正常控制任务；
判断模块，用于根据外部电平的线与值，确定备份计算机的启动策略；
备份计算机，用于在外部电平的线与值有效时，启动运行，完成初始软件状态设置，执行自主规划任务；以及，在外部电平的线与值无效，且主份计算机不健康，容错单元请求备份计算机加电时，启动运行，完成初始软件状态设置，替代主份计算机执行正常控制任务，主份计算机停止工作。
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