CN114978288A - 一种空间飞行器系统 - Google Patents

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CN114978288A CN202210563523.1A CN202210563523A CN114978288A CN 114978288 A CN114978288 A CN 114978288A CN 202210563523 A CN202210563523 A CN 202210563523A CN 114978288 A CN114978288 A CN 114978288A
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华伟
孔令波
郇一恒
苏帆
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Beijing MinoSpace Technology Co Ltd
Anhui Minospace Technology Co Ltd
Beijing Guoyu Xingkong Technology Co Ltd
Hainan Minospace Technology Co Ltd
Shaanxi Guoyu Space Technology Co Ltd
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Beijing MinoSpace Technology Co Ltd
Anhui Minospace Technology Co Ltd
Beijing Guoyu Xingkong Technology Co Ltd
Hainan Minospace Technology Co Ltd
Shaanxi Guoyu Space Technology Co Ltd
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Abstract

本申请涉及空间飞行器技术领域，尤其涉及一种空间飞行器系统，所述空间飞行器系统包括星务分系统、数据管理分系统以及多个应用分系统；所述数据管理分系统的核心控制器采用FPGA SoC芯片实现，所述核心控制器同时具备FPGA逻辑资源与微控制器处理资源；所述星务分系统通过串口连接所述数据管理分系统，所述数据管理分系统通过总线连接各个所述应用分系统。本申请通过在空间飞行器系统中设立数据管理分系统，实现了将星务分系统从繁杂的数据交互过程中释放出来，使得星务分系统只负责数据的计算及控制处理，大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率。

Description

一种空间飞行器系统
技术领域
本申请涉及空间飞行器技术领域，尤其涉及一种空间飞行器系统。
背景技术
随着人类对地球大气层以外的宇宙空间的深入探索，空间飞行器在宇宙探索领域的应用越来越广泛，空间飞行器是由有多种子系统设备组成的复杂系统，且各个子系统间存在复杂的状态检测和数据传输过程，其中，星务分系统是整个空间飞行器中对于数据处理的核心系统。
然而，现有技术中的星务分系统不仅负责数据计算和控制的功能，还负责遥测数据的收集以及其他分系统数据的转发，这种由星务分系统负责所有数据的传输通信以及数据计算处理的运行模式，会导致该空间飞行器的运行效率较低，影响了空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例至少提供一种空间飞行器系统，通过在空间飞行器系统中设立数据管理分系统，实现了将星务分系统从繁杂的数据交互过程中释放出来，使得星务分系统只负责数据的计算及控制处理，大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率。
本申请主要包括以下几个方面：
第一方面，本申请实施例提供一种空间飞行器系统，所述空间飞行器系统包括星务分系统、数据管理分系统以及多个应用分系统；所述数据管理分系统的核心控制器采用FPGA SoC芯片实现，所述核心控制器同时具备FPGA逻辑资源与微控制器处理资源；所述星务分系统通过串口连接所述数据管理分系统，所述数据管理分系统通过总线连接各个所述应用分系统；其中，
每个所述应用分系统，用于实时采集应用功能数据，并将所述应用功能数据通过通信接口发送给所述数据管理分系统；
所述数据管理分系统，用于采集卫星遥测数据，以及将接收到的各个所述应用分系统发送的所述应用功能数据和所述卫星遥测数据进行缓存处理和打包处理，并将打包处理得到的目标数据包发送至所述星务分系统；
所述星务分系统，用于对目标数据包进行处理，并将处理结果发送至所述数据管理分系统，以便所述数据管理分系统将处理结果转发至各个所述应用分系统。
在一种可能的实施方式中，所述数据管理分系统还包括电平匹配芯片和物理接口；所述核心控制器与所述电平匹配芯片总线连接，所述电平匹配芯片通过每一个所述物理接口与对应的所述应用分系统进行通信：
所述电平匹配芯片，用于匹配对应的物理接口从各个所述应用分系统获取的所述应用功能数据和卫星遥测数据。
在一种可能的实施方式中，所述核心控制器包括微控制器和逻辑资源控制器，所述微控制器与所述逻辑资源控制器通过总线连接；
所述微控制器，用于对所述数据管理分系统进行管理功能的设计；
所述逻辑资源控制器，用于实现接口通信功能。
在一种可能的实施方式中，所述逻辑资源控制器包括CAN控制器、存储控制器、串口控制器以及低电压差分信号控制器；其中，
所述CAN控制器，用于实现位时序逻辑、收发缓控制以及位流处理的管理功能。
所述存储控制器，用于缓存数据；
所述串口控制器，用于按照接口时序逻辑实现串口通信功能；
所述低电压差分信号控制器，用于采用SPI的通信时序逻辑，将各信号线从单端信号修改为差分信号。
在一种可能的实施方式中，所述电平匹配芯片包括CAN总线收发器、SRAM存储器以及串口电平匹配控制子芯片；其中，
所述CAN总线收发器，用于与所述CAN控制器进行通信；
所述SRAM存储器，用于按照时序设定地址、数据、控制信号线，完成数据的存储与读取；
所述串口电平匹配控制子芯片，用于按照串口标准匹配规则获取与串口控制器相对应的物理接口。
在一种可能的实施方式中，所述CAN控制器通过数据接口连接所述CAN总线收发器，所述串口控制器通过数据接口连接所述串口电平匹配控制子芯片，所述存储控制器通过存储器总线连接所述SRAM存储器，所述低电压差分信号控制器通过数据接口连接物理接口。
在一种可能的实施方式中，所述CAN总线控制器包括位时序模块、位流处理模块、核心处理模块、数据发送缓冲器以及数据接收缓冲器；
所述位时序模块，用于将各个应用分系统发送的应用功能数据按照预设通信波特率进行位数解码，生成位数解码数据流；
所述位流处理模块，用于将所述位数解码数据流按照预设位数与字节映射关系进行解析处理，生成字节数据流；
所述数据接收缓冲器，用于将所述字节数据流进行缓冲存储后转发至所述核心处理模块；
所述核心处理模块，用于将所述字节数据流发送至所述微控制器以及接收微控制器发送的处理结果信息，并将处理结果信息发送至所述数据发送缓冲器；
所述数据发送缓冲器，用于将处理结果信息进行缓冲存储后转发至所述位流处理模块进行字节处理。
在一种可能的实施方式中，当所述数据管理分系统与各个所述应用分系统之间的数据交互量小于预设数据量时，将所述数据管理分系统与所述星务分系统之间的工作模式设置为分立使用模式。
在一种可能的实施方式中，当所述数据管理分系统与各个所述应用分系统之间的数据交互量大于或等于预设数据量时，将所述数据管理分系统与所述星务分系统之间的工作模式设置为集成使用模式，其中，将星务系统算法移植到所述数据管理分系统中。
在一种可能的实施方式中，所述物理接口包括以下至少一种接口：CAN总线接口、RS422接口以及LVDS接口。
本申请实施例提供的空间飞行器系统，通过在空间飞行器系统中设立数据管理分系统，实现了将星务分系统从繁杂的数据交互过程中释放出来，使得星务分系统只负责数据的计算及控制处理，大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率。
进一步，本申请实施例提供的空间飞行器系统，还可以通过设置数据管理分系统与星务分系统之间的工作模式，来灵活管理数据管理分系统的功能和接口使用，不会重复和叠加采集以及计算数据，实现了对空间飞行器系统的高效率运行和使用。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统的结构框图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统中数据管理分系统与星务分系统互为分立使用模式时的结构框图；
图3本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统中数据管理分系统与星务分系统互为集成使用模式时的结构框图；
图4示出了本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统中数据管理分系统的结构框图；
图5示出了本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统中核心控制器的结构框图；
图6示出了本申请实施例所提供的另一种空间飞行器系统中数据管理分系统的结构框图的结构框图；
图7示出了本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统中实现固定数据流功能的流程图。
主要元件符号说明：
图中：10-空间飞行器系统；100-星务分系统；200-数据管理分系统；210-核心控制器；211-微控制器；212-逻辑资源控制器；220-电平匹配芯片；230-物理接口；300-应用分系统。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了使得本领域技术人员能够使用本申请内容，结合特定应用场景“空间飞行器”，给出以下实施方式，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。
本申请实施例下述系统可以应用于任何需要空间飞行器的场景，本申请实施例并不对具体的应用场景作限制，任何使用本申请实施例提供的空间飞行器系统的方案均在本申请保护范围内。
值得注意的是，在本申请提出之前，现有技术中的星务分系统不仅负责数据计算和控制的功能，还负责遥测数据的收集以及其他分系统数据的转发，这种由星务分系统负责所有数据的传输通信以及数据计算处理的运行模式，会导致该空间飞行器的运行效率较低，影响了空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率。
现有技术中，星务分系统中的一个微控制器，其内部集成的通信接口硬核都是有限的，以空间任务中常见的ARM Cortex-M4型号STM32F429型号为例，其内部最高也仅集成有2个CAN控制器和8个串口控制器，其数据接口并非是可以无限扩展的，且现有技术中的星务分系统通常需要4组独立的CAN控制器，用于连接两套不相关的CAN总线数据并进行备份；而串口通信作为点对点通信，4组控制器仅能接通8个外部设备，严重限制了飞行器设计规模。
针对上述问题，需要说明的是，本申请实施例提供的一种空间飞行器系统，通过在空间飞行器系统中设立数据管理分系统，实现了将星务分系统的数据通信转发功能与数据计处理功能的分析，使得星务分系统只负责数据的计算及控制处理，大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率。
为便于对本申请进行理解，下面结合具体实施例对本申请提供的技术方案进行详细说明。
图1为本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统10的结构框图。如图1所示，本申请实施例提供的空间飞行器系统10，包括：
空间飞行器系统10包括星务分系统100、数据管理分系统200以及多个应用分系统300；所述数据管理分系统200的核心控制器采用FPGA SoC芯片实现，所述核心控制器同时具备FPGA逻辑资源与微控制器处理资源；所述星务分系统100通过串口连接所述数据管理分系统200，所述数据管理分系统200通过总线连接各个所述应用分系统300。
在上述具体实施中，所述空间飞行器系统10包括负责处理卫星数据的核心分系统：星务分系统100、与多个应用分系统300进行数据通信传输和转发的数据管理分系统200，以及负责采集应用功能数据的多个应用分系统300，且数据管理分系统200的核心控制器采用FPGA SoC芯片，且核心控制器的接口通信功能是由FPGA SoC芯片中FPGA逻辑资源来实现的，并且对于数据的转发、数据接口逻辑资源的选取，以及数据管理分系统200的简单系统管理和功能设计是由ARM微控制器实现的。
这里，星务分系统100通过自定义预设数据接口的方式与数据管理分系统200串口连接，其中，自定义预设数据接口的方式可根据不同的使用场景进行自定义设置。
其中，每个所述应用分系统300，用于实时采集应用功能数据，并将所述应用功能数据通过通信接口发送给所述数据管理分系统200，这里，功能数据的具体内容和数量由空寂飞行器配置的应用分系统300的功能复杂程度决定，且每个应用分系统300可能配置多个功能器件，每个功能器件都可以实时采集不同类型的功能数据。
在上述具体实施中，每个应用分系统300对应采集对应的应用功能数据，下面具体举例为，如：
这里，相机载荷应用分系统300，用于实时对在卫星在轨飞行过程中，通过拍照实时采集图像数据等。
其中，应用分系统300包括但不限制为姿控分系统、轨道控制分系统、相机载荷分系统以及通信机分系统等。
所述数据管理分系统200，用于采集卫星遥测数据，以及将接收到的各个所述应用分系统300发送的所述应用功能数据和所述卫星遥测数据进行缓存处理和打包处理，并将所述打包处理得到的目标数据包发送至所述星务分系统100。
在上述具体实施中，数据管理分系统200用于将现有技术中星务分系统100负责的数据获取或转发类型的任务分离出来，依靠数据管理分系统200中的微控制器自行读取、组帧以及转发所需要的数据，即由数据管理分系统200来实现这个消耗大量时间资源的数据通信、打包及转发功能，使得本申请提供的空间飞行器系统10中的星务分系统100的时间资源从一些耗时的数据交互任务中解放出来，用于有足够和集中的时间来进行空间飞行器中数据计算类型的任务，便于实现更复杂的算法运算或提高数据更新的频率。
这里，数据管理分系统200可以直接采集空间飞行器的时间、空间飞行器的姿态、空间飞行器的位置信息、空间飞行器的电池电量，以及各应用分系统300的运行状态监测信息。
其中，数据管理分系统200用于将应用功能数据和卫星遥测数据按照标准CAN总线控制器的通信协议进行自定义设置后进行打包处理，并将打包处理得到的目标数据包发送至所述星务分系统100，或将将打包处理得到的目标数据包直接转发给对应的应用分系统300。
这样，数据管理分系统200中打包处理得到的目标数据包中的一部分发送给星务分系统100用于任务处理，另一部分直接转发给对应的应用分系统300，这里，目标数据包发送的目标位置金可以根据不同的星上任务进行确定。
所述星务分系统100，用于对目标数据包进行处理，并将处理结果发送至所述数据管理分系统200，以便所述数据管理分系统200将处理结果转发至各个所述应用分系统300。
在上述具体实施中，星务分系统100对目标数据包进行算法运算以及任务处理，以便所述数据管理分系统200将处理结果转发至各个所述应用分系统300，便于控制所述空间飞行器的飞行模式。
这里，星务分系统100包括但不限制于包括以下几个部分：
星务分系统100，包括数据接收器和数据中心处理器，所述数据接收器通过总线连接所述数据中心处理器；
数据接收器，用于接收数据管理分系统200基于数据获取指令生成的目标数据包，并将目标数据包发送至所述数据中心处理器。
数据中心处理器，用于向数据管理分系统200发送数据获取指令，以及接收所述数据接收器发送的目标数据包，并将目标数据包按照预设算法运算中的预设位姿控制算法进行计算，根据计算结果对空间飞行器的位姿状态进行调整；还用于对目标数据包进行故障检测，根据故障检测结果，对故障进行处理。
本申请实施例提供的空间飞行器系统，与现有技术中相比，本申请通过在空间飞行器系统10中增设由FPGA芯片作为主控制器的数据管理分系统200，由数据管理分系统200处理与应用分系统300的通信数据交互，使得星务分系统100只负责数据的计算及控制处理，实现了将星务分系统100从繁杂的数据交互过程中释放出来，可以减少对星务分系统100时间资源的占用，保证保障型任务的算法处理时间，在大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率的同时，提高飞行器的运行安全性。
如图2所述，图2为本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统10中数据管理分系统与星务分系统互为分立使用模式时的结构框图，当所述数据管理分系统200与各个所述应用分系统300之间的数据交互量小于预设数据量时，将所述数据管理分系统200与所述星务分系统100之间的工作模式设置为分立使用模式。
在上述具体实施中，数据管理分系统200与所述星务分系统100之间的工作模式是根据由具体使用场景决定的，若数据管理分系统200与各个所述应用分系统300之间的数据交互量小于预设数据量时，可以将数据管理分系与所述星务分系统100之间的工作模式设置为分立使用模式。
上述中，在星务分系统100对接入的到数据管理分系统200的各项接口数据无需求时，数据管理分系统200作为辅助星务分系统100工作的分系统，此时，星务分系统100通过预设数据接口与数据管理分系统200连接，具体为星务分系统100通过预设数据接口发送多种预设操作指令，数据管理分系统200接收该操作指令后开始接收多个应用分系统300采集的应用功能数据或采集卫星遥测数据。
这里，预设操作指令和预设数据接口可以按照具体使用场景进行自定义约定，如预设数据接口可采用RS422串口向数据管理分系统200发送预设操作指令。
这样，预设数据量可根据星务分系统100具体使用情况进行自定义设置。
本申请实施例提供的空间飞行器系统，与现有技术中相比，本申请通过在空间飞行器系统10中增设由FPGA芯片作为主控制器的数据管理分系统200，由数据管理分系统200处理与应用分系统300的通信数据交互，使得星务分系统100只负责数据的计算及控制处理，实现了将星务分系统100从繁杂的数据交互过程中释放出来，可以减少对星务分系统100时间资源的占用，保证保障型任务的算法处理时间，在大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率的同时，提高飞行器的运行安全性。
如图3所述，图3为本申请实施例所提供的一种空间飞行器系统10中数据管理分系统与星务分系统互为分立使用模式时的结构框图：
当所述数据管理分系统200与各个所述应用分系统300之间的数据交互量大于或等于预设数据量时，将所述数据管理分系统200与所述星务分系统100之间的工作模式设置为集成使用模式，其中，将星务系统算法移植到所述数据管理分系统200中。
在上述具体实施中，当数据管理分系统200与各个所述应用分系统300之间的数据交互量大于或等于预设数据量时，将数据管理分系统200与所述星务分系统100之间的工作模式设置为集成使用模式，其中，将星务系统算法移植到所述数据管理分系统200中，此时，星务系统算法运行在数据管理分系统200的微控制器中时，数据管理分系统200通过地址数据总线快速获取物理接口数据，提高数据读写效率的同时，扩展了数据获取接口类型，此时的数据管理分系统200兼具数据通信、转发以及数据处理的功能，提供了本申请提供的空间飞行器系统10的集成度。
本申请实施例提供的空间飞行器系统，与现有技术中相比，本申请通过在空间飞行器系统10中增设由FPGA芯片作为主控制器的数据管理分系统200，由数据管理分系统200处理与应用分系统300的通信数据交互，使得星务分系统100只负责数据的计算及控制处理，实现了将星务分系统100从繁杂的数据交互过程中释放出来，可以减少对星务分系统100时间资源的占用，保证保障型任务的算法处理时间，在大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率的同时，提高飞行器的运行安全性。
如图4所示，图4为本申请实施例提供的一种空间飞行器系统10中数据管理分系统的结构框图，所述数据管理分系统200包括核心控制器210、电平匹配芯片220和物理接口230；所述核心控制器210与所述电平匹配芯片220总线连接，所述电平匹配芯片220通过每一个所述物理接口230与对应的所述应用分系统300进行通信。
所述电平匹配芯片220，用于匹配对应的物理接口230从各个所述应用分系统300获取的所述应用功能数据和卫星遥测数据。
在上述具体实施中，电平匹配芯片220具体用于将从各个应用分系统300获取所述应用功能数据和卫星遥测数据从物理接口230的单端信号类型调整为差分信号满足数据管理分系统200中核心控制器210的差分信号类型。
优选的，所述物理接口230包括以下至少一种接口：CAN总线接口、RS422接口以及LVDS接口。
本申请实施例提供的空间飞行器系统，与现有技术中相比，本申请通过在空间飞行器系统10中增设由FPGA芯片作为主控制器的数据管理分系统200，由数据管理分系统200处理与应用分系统300的通信数据交互，使得星务分系统100只负责数据的计算及控制处理，实现了将星务分系统100从繁杂的数据交互过程中释放出来，可以减少对星务分系统100时间资源的占用，保证保障型任务的算法处理时间，在大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率的同时，提高飞行器的运行安全性。
如图5所示，图5为本申请实施例提供的一种空间飞行器系统10中核心控制器的结构框图，所述核心控制器210包括微控制器211和逻辑资源控制器212，所述微控制器211与所述逻辑资源控制器212通过总线连接。
在上述具体实施中，所述核心控制器210用FPGA SoC芯片设计，所述FPGA SoC芯片包括微控制器211部分和逻辑资源控制器212部分，所述微控制器211作为硬核控制器通过AHB总线连接逻辑资源控制器212。
上述中，通过FPGA SoC芯片的逻辑资源设计通信接口主要有两项主要的优势。一是可以快速配置接口数量以及灵活分配逻辑资源；二是可以灵活分配引脚功能。
这样，核心控制器210使用FPGA SoC芯片设计，可以解决传统的星务分系统100在数据通信过程中占用资源时间过多的情况，并且保障了本申请提供的实施例中的星务分系统100的算法处理时间。
这里，将逻辑资源控制器212各项功能设置地址数据总线的主地址与偏移地址，即可完成微控制器211对通信接口的数据交互。
所述微控制器211，用于对所述数据管理分系统200进行管理功能的设计。
在上述具体实施中，微控制器211包括但不限制于选用ARM微控制器211，且微控制器211根据逻辑资源控制器212的逻辑需求设计不同的物理接口230的通信相关参数，实现兼容多种接口数据的传递和交互，不受微控制器211硬件自身的资源限制，实现了可以扩展不同数据接口的功能；同时，微控制器211也可以通过逻辑资源控制器212配置设定好的数据流向的通信，实现不同应用分系统300获取数据的固定数据流向。
具体的，微控制器211包括但不限制于实现对数据管理分系统200的开关机、对物理接口230的开启关闭以及对突发型任务的数据采用处理算法的设计等。
所述逻辑资源控制器212，用于实现接口通信功能。
在上述具体实施中，逻辑资源控制器212可以实现各项通信接口与外部应用分系统300进行通信的功能，且逻辑资源控制器212内部是依靠FPGA SoC中的程序开发实现的，因此，逻辑资源控制器212的外部接口连接无需程序设计，只需要与电平匹配芯片220的对应控制器接口相连即可。
本申请实施例提供的空间飞行器系统，与现有技术中相比，本申请通过在空间飞行器系统10中增设由FPGA芯片作为主控制器的数据管理分系统200，由数据管理分系统200处理与应用分系统300的通信数据交互，使得星务分系统100只负责数据的计算及控制处理，实现了将星务分系统100从繁杂的数据交互过程中释放出来，可以减少对星务分系统100时间资源的占用，保证保障型任务的算法处理时间，在大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率的同时，提高飞行器的运行安全性。
如图6所示，图6为本申请实施例提供的另一种空间飞行器系统10中数据管理分系统200的结构框图，所述数据管理分系统200包括：核心控制器210、电平匹配芯片220和物理接口230；所述核心控制器210与所述电平匹配芯片220总线连接，所述电平匹配芯片220通过每一个所述物理接口230与对应的所述应用分系统300进行通信；所述核心控制器210同时具备FPGA逻辑资源与微控制器211处理资源。
所述电平匹配芯片220，用于匹配对应的物理接口230从各个所述应用分系统300获取的所述应用功能数据和卫星遥测数据。
所述核心控制器210包括微控制器211和逻辑资源控制器212，所述微控制器211与所述逻辑资源控制器212通过总线连接。
所述微控制器211，用于对所述数据管理分系统200进行管理功能的设计，实现灵活地采用多种物理接口230完成复杂的数据通信。
所述逻辑资源控制器212，用于实现接口通信功能。
所述逻辑资源控制器212包括CAN控制器、存储控制器、串口控制器以及低电压差分信号控制器；其中，所述CAN控制器，用于实现位时序逻辑、收发缓存控制以及位流处理的管理功能。
上述具体实施方式中，微控制器211与逻辑资源控制器212采用AMBA类型地址数据总线进行通信，具体的可以使用AHB或APB总线，具体实施例为：
微控制器211，即ARM器作为硬核控制器，通过AHB总线管理存储控制器SRAM、CAN控制器、RS42串口控制器以及低电压差分信号控制器。
上述中，在逻辑资源控制器212中，所述CAN控制器的通信过程需要按照标准CAN总线控制器的通信协议自定义设计。
进一步的，所述CAN总线控制器包括位时序模块、位流处理模块、核心处理模块、数据发送缓冲器以及数据接收缓冲器。
所述位时序模块，用于将各个应用分系统300发送的应用功能数据按照预设通信波特率进行位数解码，生成位数解码数据流。
所述位流处理模块，用于将所述位数解码数据流按照预设位数与字节映射关系进行解析处理，生成字节数据流。
所述数据接收缓冲器，用于将所述字节数据流进行缓冲存储后转发至所述核心处理模块。
所述核心处理模块，用于将所述字节数据流发送至所述微控制器211，以及接收微控制器211发送的处理结果信息，并将处理结果信息发送至所述数据发送缓冲器。
所述数据发送缓冲器，用于将处理结果信息进行缓冲存储后转发至所述位流处理模块进行字节处理。
在逻辑资源控制器212中设计了CAN控制器的各项功能，而这些功能需要具体数据才可以运行在所需状态下。例如位时序模块中的位时序逻辑需要调整CAN总线数据采样点，采样点可以分配到不同位置，需要每次运行前按照总线实际运行情况设置，微控制器211通过操作该功能对应地址的值，即可设置不同采样点位置，微控制器211在接收到不同采样点位置的设置值后，将采样点位置设置到相应的位置。
这里，如CAN总线波特率、接收数据缓存地址、发送数据缓冲区等的操作，均按照上述方式设置相互独立的总线地址，即可通过微控制器211对各项功能的设定值进行设置。
上述的CAN控制器的模块设计方式可以实现通过微控制器211控制是否需要扩展接口的功能。
所述存储控制器，用于缓存数据。
上述中，存储控制器在逻辑资源控制器212中具有成熟的IP核，因此，在设计存储控制器时，仅需要调用IP核即可实现，且存储控制器为外部独立的缓存芯片。
这里，存储控制器通过AHB总线的设置，将主地址和偏移地址的值与型号为SRAM的存储控制器芯片物理地址对应上，即可快速操作存储控制器，使得微控制器211可以通过地址数据总线快速管理各项通信接口、存储器的设置参数以及和通信数据的传输内容。
优选的，逻辑资源控制器212的设计可以按照所选存储控制器的芯片型号设计对应优化的专用时序控制逻辑。
所述串口控制器，用于按照接口时序逻辑实现串口通信功能。
上述中，串口控制器在逻辑资源控制器212中具有成熟的IP核，因此，在设计串口控制器时，仅需要调用IP核即可实现。
所述低电压差分信号控制器，用于采用SPI的通信时序逻辑，将各信号线从单端信号修改为差分信号。
上述中，低电压差分信号控制器，即LVDS数据接口，采用SPI的通信时序逻辑，低电压差分信号控制器在逻辑资源控制器212中具有成熟的IP核，因此，在设计低电压差分信号控制器时，仅需要调用IP核即可实现，具体为，在SPI的信号端利用FPGA的IO资源，将单端信号利用差分缓冲器调整为差分信号。
下面通过空间飞行器上的监视相机采集图形数据的这一具体实施例确定微控制器211与逻辑资源控制器212结合实现固定数据流方向的功能进行举例说明，如图7所示，如7为本申请提供的一种空间飞行器系统10中实现固定数据流功能的流程图：
步骤1，通过微控制器211设置地址数据总线判断固定数据流是否开启。
步骤2，若是，则判断监视相机通过RS422接口将图像数据发送到星务分系统100中缓存动作是否中断。
步骤3，若是，则将通过RS422接口获取的图像数据缓存到存储控制器中，然后判断监视相机的图像数据是否接受完成。
步骤4，若是，择通过CAN控制器对应的CAN总线获取星时信息。
步骤5，将星时信息加入监视相机的数据中，编排成数据包。
步骤6，将编排成数据包发送到LVDS数据接口，通过通信机下传。
步骤7，判断LVDS数据接口是否过发送完成。
步骤8，若是，则重新判断国定新的数据流功能是否开启；若否，则重复步骤6。
所述电平匹配芯片220包括CAN总线收发器、SRAM存储器以及串口电平匹配控制子芯片；其中，所述CAN总线收发器，用于与所述CAN控制器进行通信。
上述中，CAN总线收发器用于与逻辑资源控制器212中的CAN控制器进行数据传输，且本申请提供的CAN总线收发器采用TJA1040T型号的芯片进行数据传输。
优选的，所述SRAM存储器，用于按照时序设定地址、数据、控制信号线，完成数据的存储与读取。
上述中，SRAM存储器用于与逻辑资源控制器212中的存储控制器进行数据传输，且本申请提供的SRAM存储器采用CY7C1061G30型号的芯片进行数据传输。
所述串口电平匹配控制子芯片，用于按照串口标准匹配规则获取与串口控制器相对应的物理接口230。
上述中，串口电平匹配控制子芯片用于与逻辑资源控制器212中的串口控制器进行数据传输，且本申请提供的串口电平匹配控制子芯片采用MAX3488型号的芯片进行数据传输。
优选的，所述CAN控制器通过数据接口连接所述CAN总线收发器，所述串口控制器通过数据接口连接所述串口电平匹配控制子芯片，所述存储控制器通过存储器总线连接所述SRAM存储器，所述低电压差分信号控制器通过数据接口连接物理接口230。
上述中，在将述电平匹配芯片220、逻辑资源控制器212以及微控制器211均设计完成后，多个应用分系统300采集的应用功能数据以及卫星遥测数据均可以自动流入数据管理分系统200。
本申请实施例提供的空间飞行器系统，与现有技术中相比，本申请通过在空间飞行器系统10中增设由FPGA芯片作为主控制器的数据管理分系统200，由数据管理分系统200处理与应用分系统300的通信数据交互，使得星务分系统100只负责数据的计算及控制处理，实现了将星务分系统100从繁杂的数据交互过程中释放出来，可以减少对星务分系统100时间资源的占用，保证保障型任务的算法处理时间，在大大提高了空间飞行器的运行效率以及空间飞行器对数据计算类型的任务的处理效率的同时，提高飞行器的运行安全性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应所述理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个分系统或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空间飞行器系统，其特征在于，所述空间飞行器系统包括星务分系统、数据管理分系统以及多个应用分系统；所述数据管理分系统的核心控制器采用FPGA SoC芯片实现，所述核心控制器同时具备FPGA逻辑资源与微控制器处理资源；所述星务分系统通过串口连接所述数据管理分系统，所述数据管理分系统通过总线连接各个所述应用分系统；其中，
每个所述应用分系统，用于实时采集应用功能数据，并将所述应用功能数据通过通信接口发送给所述数据管理分系统；
所述数据管理分系统，用于采集卫星遥测数据，以及将接收到的各个所述应用分系统发送的所述应用功能数据和所述卫星遥测数据进行缓存处理和打包处理，并将打包处理得到的目标数据包发送至所述星务分系统；
所述星务分系统，用于对目标数据包进行处理，并将处理结果发送至所述数据管理分系统，以便所述数据管理分系统将处理结果转发至各个所述应用分系统。
2.根据权利要求1所述的空间飞行器系统，其特征在于，所述数据管理分系统还包括电平匹配芯片和物理接口；所述核心控制器与所述电平匹配芯片总线连接，所述电平匹配芯片通过每一个所述物理接口与对应的所述应用分系统进行通信；
所述电平匹配芯片，用于匹配对应的物理接口从各个所述应用分系统获取的所述应用功能数据和卫星遥测数据。
3.根据权利要求2所述的空间飞行器系统，其特征在于，所述核心控制器包括微控制器和逻辑资源控制器，所述微控制器与所述逻辑资源控制器通过总线连接；
所述微控制器，用于对所述数据管理分系统进行管理功能的设计；
所述逻辑资源控制器，用于实现接口通信功能。
4.根据权利要求3所述的空间飞行器系统，其特征在于，所述逻辑资源控制器包括CAN控制器、存储控制器、串口控制器以及低电压差分信号控制器；其中，
所述CAN控制器，用于实现位时序逻辑、收发缓控制以及位流处理的管理功能；
所述存储控制器，用于缓存数据；
所述串口控制器，用于按照接口时序逻辑实现串口通信功能；
所述低电压差分信号控制器，用于采用SPI的通信时序逻辑，将各信号线从单端信号修改为差分信号。
5.根据权利要求4所述的空间飞行器系统，其特征在于，所述电平匹配芯片包括CAN总线收发器、SRAM存储器以及串口电平匹配控制子芯片；其中，
所述CAN总线收发器，用于与所述CAN控制器进行通信；
所述SRAM存储器，用于按照时序设定地址、数据、控制信号线，完成数据的存储与读取；
所述串口电平匹配控制子芯片，用于按照串口标准匹配规则获取与串口控制器相对应的物理接口。
6.根据权利要求5所述的空间飞行器系统，其特征在于，所述CAN控制器通过数据接口连接所述CAN总线收发器，所述串口控制器通过数据接口连接所述串口电平匹配控制子芯片，所述存储控制器通过存储器总线连接所述SRAM存储器，所述低电压差分信号控制器通过数据接口连接物理接口。
7.根据权利要求4所述的空间飞行器系统，其特征在于，所述CAN总线控制器包括位时序模块、位流处理模块、核心处理模块、数据发送缓冲器以及数据接收缓冲器；
所述位时序模块，用于将各个应用分系统发送的应用功能数据按照预设通信波特率进行位数解码，生成位数解码数据流；
所述位流处理模块，用于将所述位数解码数据流按照预设位数与字节映射关系进行解析处理，生成字节数据流；
所述数据接收缓冲器，用于将所述字节数据流进行缓冲存储后转发至所述核心处理模块；
所述核心处理模块，用于将所述字节数据流发送至所述微控制器以及接收微控制器发送的处理结果信息，并将处理结果信息发送至所述数据发送缓冲器；
所述数据发送缓冲器，用于将处理结果信息进行缓冲存储后转发至所述位流处理模块进行字节处理。
8.根据权利要求1所述的空间飞行器系统，其特征在于，当所述数据管理分系统与各个所述应用分系统之间的数据交互量小于预设数据量时，将所述数据管理分系统与所述星务分系统之间的工作模式设置为分立使用模式。
9.根据权利要求1所述的空间飞行器系统，其特征在于，当所述数据管理分系统与各个所述应用分系统之间的数据交互量大于或等于预设数据量时，将所述数据管理分系统与所述星务分系统之间的工作模式设置为集成使用模式，其中，将星务系统算法移植到所述数据管理分系统中。
10.根据权利要求2所述的空间飞行器系统，其特征在于，所述物理接口包括以下至少一种接口：CAN总线接口、RS422接口以及LVDS接口。
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