CN113765576A - 一种星载综合电子操作系统及单机适配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载综合电子操作系统及外围单机适配方法，属于星载嵌入式软件技术领域，包括通信系统，由地面通信系统和星载通信系统两部分组成，所述星载通信系统用于连接外围单机，所述地面通信系统用于连接地面站，所述地面站包括：荷载系统，包括荷载数据获取单元，用于通过所述通信系统获取外围单机的数据；处理运算平台，包括实时操作系统和存储管理单元，其中所述实时操作系统包括高轨道操作系统和低轨道操作系统，通过所述高轨道操作系统和所述低轨道操作系统与所述外围单机交互；计算机单元，包括高低轨选择模块，用于通过所述外围单机的工作环境选择所述高轨道操作系统或所述低轨道操作系统。

Description

一种星载综合电子操作系统及单机适配方法

技术领域

本发明涉及星载嵌入式软件技术领域，特别涉及一种星载综合电子操作系统及单机适配方法。

背景技术

随着卫星及飞行器任务需求，载荷的数量和功能呈上升趋势，相对综合电子系统软件，负责整星数据流的处理及通信，载荷的数量增加，意味着综合电子系统软件的复杂度增加。基于传统星载软件开发模式，继续开发目前卫星及飞行器系统中的综合电子系统软件，会面临诸多问题，软件升级扩展难以实现、软件分层不明显、软硬件无法解耦、软件利用率低等。因此利用嵌入式操作系统提供的多进程/多线程技术实现卫星及飞行器中综合电子系统软件的开发技术，在现有航天工程实际中应运而生。

但是随着嵌入式操作系统的不断商业化，多数嵌入式操作系统开始收费，因此，更换操作系统会增加系统移植、开发、验证成本，从而使星载嵌入式系统会对某一操作系统进行依赖，而且卫星上单机和传感器的数量和种类不断增加使综合电子软件的复杂度也不断增加，单机和传感器的扩展导致的软硬件出现耦合问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述嵌入式星载操作系统依赖操作系统导致更换成本高以及外围单机适配不稳定的问题而提供一种星载综合电子操作系统及单机适配方法，具有通用性强，不依赖操作系统也可执行任务，外围单机适配方便连接稳定的优点。

第一方面，本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种星载综合电子操作系统，包括：

通信系统，由地面通信系统和星载通信系统两部分组成，所述星载通信系统用于连接外围单机，所述地面通信系统用于连接地面站，所述地面站包括：

荷载系统，包括荷载数据获取单元，用于通过所述通信系统获取外围单机的数据；

处理运算平台，包括实时操作系统和存储管理单元，其中所述实时操作系统包括高轨道操作系统和低轨道操作系统，通过所述高轨道操作系统和所述低轨道操作系统与所述外围单机交互；

计算机单元，包括高低轨选择模块，用于通过所述外围单机的工作环境选择所述高轨道操作系统或所述低轨道操作系统。

优选的，所述通信系统包括遥测和遥控处理单元、射频单元以及存储单元，遥测和遥控处理单元用于星载遥测数据下传至地面站以及遥控指令从地面站上传星载通信系统完成控制任务，射频单元用于地面通信系统和星载通信系统之间的网络互连，存储单元用于存储遥测和遥控处理单元的数据。

优选的，所述外围单机和星载通信系统之间通过通用总线连接，地面通信系统也通过通用总线依次连接荷载系统、处理运算平台和计算机单元，所述通用总线包括RS422和CAN总线，且由总线管理单元进行管理。

优选的，所述实时操作系统为基于AMR-M4体系架构的通用平台和通用操作系统，该系统包括：

应用层，包括星务软件、姿控软件、安全模式、总线管理软件和存储管理软件，星务软件用于控制调度星载所有任务，姿控软件用于控制外围单机，安全模式提供整个系统的安全服务；

驱动层，用于连接硬件和软件之间的交互，包括软件驱动和外围单机驱动。

优选的，所述计算机单元还包括实时处理模块、延时处理模块以及时间分割器，通过实时处理模块提供实时操作系统实时处理任务的执行方式，延时处理模块提供实时操作系统延时处理任务的执行方式，时间分割器用于提供软件定时功能。

优选的，在所述延时处理模块工作时，通过时间分割器将执行任务时间划分为毫秒级间隔，再由消息队列向处理线程发送消息，使时间间隔内未被执行的任务在后台挂起。

第二方面，本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种外围单机适配方法，使用上述第一方面的电子操作系统，该方法包括以下步骤：

S1、通过通用总线与星载通信系统建立通信；

S2、通过星载通信系统与地面站进行交互，其中包括：在接收到星载通信系统转发的遥测指令时，将数据通过星载通信系统发回地面站；

在接收到星载通信系统转发的遥控指令时，执行该遥控指令；

S3、根据自身的响应频率在消息队列中进行排序。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过在该操作系统中设置高轨道操作系统以及低轨道操作系统，使该系统可以通用在各种卫星系统上，通过计算机单元提供的高低轨选择模块使操作系统切换更加智能方便。

2、通过计算机单元提供的时间分割器以及实时处理模块以及延时处理模块，使该系统具备定时以及选择执行方式的功能，使得高轨道操作系统或者低轨道操作系统均可以不依赖传统的操作系统独立运行，使用成本更低。

3、通过星载通信系统以及地面通信系统组建的通信系统，使外围单机在扩展时，与该系统的适配更加方便和稳定，而且根据每个单机的响应频率不同，在执行任务时，可利用时间间隔对执行的任务进行划分，减少CPU的占用，减轻系统的运行压力

附图说明

图1为本发明的星载综合电子操作系统整体组成示意图。

图2为本发明的实时操作系统组成架构示意图。

图3为本发明的外围单机适配方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1所示，一种星载综合电子操作系统，包括：

通信系统，由地面通信系统和星载通信系统两部分组成，所述星载通信系统用于连接外围单机，所述地面通信系统用于连接地面站，所述通信系统包括遥测和遥控处理单元、射频单元以及存储单元，遥测和遥控处理单元用于星载遥测数据下传至地面站以及遥控指令从地面站上传星载通信系统完成控制任务，射频单元用于地面通信系统和星载通信系统之间的网络互连，存储单元用于存储遥测和遥控处理单元的数据，通信系统以遥测遥控处理为主，实时遥测放置500ms处(自由配置)，延时遥测放置2000ms处(自由配置)。实时遥测以500ms处采集遥测信息，并下发通信系统，产生下行遥测行为，延时遥测可以境外获取，以存储为主，入境下发通信系统，产生下行遥测行为，存储以慢采集为主，以实际综电硬件平台存储能力进行分配。

所述地面站包括：荷载系统，包括荷载数据获取单元，用于通过所述通信系统获取外围单机的数据，荷载系统可挂靠单机总线和综合电子进行全双工通信，载荷数据可直接存入存储单元或者直接存入通信系统。

处理运算平台，包括实时操作系统和存储管理单元，其中所述实时操作系统包括高轨道操作系统和低轨道操作系统，通过所述高轨道操作系统和所述低轨道操作系统与所述外围单机交互，存储管理单元按照外围单机的种类进行地址分配，后续扩展单机种类按照地址和数据存储量分配，对外围单机数据的采集和存储管理采用消息队列，数据采集完毕且数据校验完成，消息队列通知数据存储单机进行数据的三冗余存储；如图2所示，所述实时操作系统为基于AMR-M4体系架构的通用平台和通用操作系统，该系统包括：应用层，包括星务软件、姿控软件、安全模式、总线管理软件和存储管理软件，星务软件用于控制调度星载所有任务，姿控软件用于控制外围单机，安全模式提供整个系统的安全服务；驱动层，用于连接硬件和软件之间的交互，包括软件驱动和外围单机驱动。

计算机单元，包括高低轨选择模块，用于通过所述外围单机的工作环境选择所述高轨道操作系统或所述低轨道操作系统，所述计算机单元还包括实时处理模块、延时处理模块以及时间分割器，通过实时处理模块提供实时操作系统实时处理任务的执行方式，延时处理模块提供实时操作系统延时处理任务的执行方式，时间分割器用于提供软件定时功能，通过时间分割器以及任务的实时处理和延时处理两种方式，使得该系统具备任务执行功能，可以在摒弃传统的操作系统下进行工作。在所述延时处理模块工作时，通过时间分割器将执行任务时间划分为毫秒级间隔，再由消息队列向处理线程发送消息，使时间间隔内未被执行的任务在后台挂起，不同任务的卫星在只需移动时间执行顺序，大大减少了工作量。

所述外围单机和星载通信系统之间通过通用总线连接，地面通信系统也通过通用总线依次连接荷载系统、处理运算平台和计算机单元，所述通用总线包括RS422和CAN总线，且由总线管理单元进行管理，管理内容包括参数配置，接收频率和交互通信等。

一种外围单机适配方法，使用上述的电子操作系统，该方法包括以下步骤：

步骤S1、通过通用总线与星载通信系统建立通信，根据外围单机的种类用途进行地址分配，使相同种类用途的外围单机可分配同一地址，因此后期增减外围单机也不会影响整体系统。

步骤S2、通过星载通信系统与地面站进行交互，其中包括：在接收到星载通信系统转发的遥测指令时，将数据通过星载通信系统发回地面站；

在接收到星载通信系统转发的遥控指令时，执行该遥控指令。

步骤S3、根据自身的响应频率在消息队列中进行排序，由于不同外围单机的响应频率不同，因此在执行任务时，可以根据响应频率组成消息队列，在不同时间下执行不同外围单机的任务，这样减少任务的等待时间，减轻了系统的压力，提高了系统的工作效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种星载综合电子操作系统，其特征在于，包括：

通信系统，由地面通信系统和星载通信系统两部分组成，所述星载通信系统用于连接外围单机，所述地面通信系统用于连接地面站，所述地面站包括：

荷载系统，包括荷载数据获取单元，用于通过所述通信系统获取外围单机的数据；

处理运算平台，包括实时操作系统和存储管理单元，其中所述实时操作系统包括高轨道操作系统和低轨道操作系统，通过所述高轨道操作系统和所述低轨道操作系统与所述外围单机交互；

计算机单元，包括高低轨选择模块，用于通过所述外围单机的工作环境选择所述高轨道操作系统或所述低轨道操作系统。

2.根据权利要求1所述的一种星载综合电子操作系统，其特征在于，所述通信系统包括遥测和遥控处理单元、射频单元以及存储单元，遥测和遥控处理单元用于星载遥测数据下传至地面站以及遥控指令从地面站上传星载通信系统完成控制任务，射频单元用于地面通信系统和星载通信系统之间的网络互连，存储单元用于存储遥测和遥控处理单元的数据。

3.根据权利要求1所述的一种星载综合电子操作系统，其特征在于，所述外围单机和星载通信系统之间通过通用总线连接，地面通信系统也通过通用总线依次连接荷载系统、处理运算平台和计算机单元，所述通用总线包括RS422和CAN总线，且由总线管理单元进行管理。

4.根据权利要求1所述的一种星载综合电子操作系统，其特征在于，所述实时操作系统为基于AMR-M4体系架构的通用平台和通用操作系统，该系统包括：

应用层，包括星务软件、姿控软件、安全模式、总线管理软件和存储管理软件，星务软件用于控制调度星载所有任务，姿控软件用于控制外围单机，安全模式提供整个系统的安全服务；

驱动层，用于连接硬件和软件之间的交互，包括软件驱动和外围单机驱动。

5.根据权利要求1所述的一种星载综合电子操作系统，其特征在于，所述计算机单元还包括实时处理模块、延时处理模块以及时间分割器，通过实时处理模块提供实时操作系统实时处理任务的执行方式，延时处理模块提供实时操作系统延时处理任务的执行方式，时间分割器用于提供软件定时功能。

6.根据权利要求5所述的一种星载综合电子操作系统，其特征在于，在所述延时处理模块工作时，通过时间分割器将执行任务时间划分为毫秒级间隔，再由消息队列向处理线程发送消息，使时间间隔内未被执行的任务在后台挂起。

7.一种外围单机适配方法，使用上述1-6任一项所述的电子操作系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、通过通用总线与星载通信系统建立通信；

S2、通过星载通信系统与地面站进行交互，其中包括：在接收到星载通信系统转发的遥测指令时，将数据通过星载通信系统发回地面站；

在接收到星载通信系统转发的遥控指令时，执行该遥控指令；

S3、根据自身的响应频率在消息队列中进行排序。

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