CN115102602B - 一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种国产化星载资源管理与任务调度设备及方法，属于组合体飞行器领域，包括机箱以及位于机箱内的在线值班模块、任务调度模块、千兆以太网交换模块、低频接口模块、存储主控模块、二次电源模块。本发明已在组合体飞行器载荷系统中得以应用，取得了较好效果，推广应用前景良好。

Description

一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法

技术领域

本发明涉及组合体飞行器领域，更为具体的，涉及一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法。

背景技术

在组合体飞行器载荷系统中，星载资源管理与任务调度设备是载荷系统的决策机构“大脑”。负责对外协同处理和对内功能子系统间的协调处理，根据接收、解析、执行地面系统下发的任务规划指令要求、完成对系统的当前设备、功能和资源状态的协调引导、组织协调完成系统的蓝图配置等功能。目前，抗辐照大规模FPGA、CPU、DSP等关键元器件的选用更青睐于进口元器件。继续沿用上述传统设计方法，将面临至少如下问题：

1、星载设备组成越来越复杂，不同分立功能的硬件资源缺少统一集中管控，在轨任务决策、调度能力弱，需要地面系统全程参与，任务执行效率低。

2、面临保障困难，同时元器件更新换代周期缩短以及国外厂商重组合并等因素导致元器件停产，给我们的进口元器件升级维护带来巨大的困难，严重影响了我们相关型号批产和高密度的发射任务。

因此，设计一种自主可控的国产化星载资源管理与任务调度设备是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，提高了星载设备资源管理的有效性和使用效率，提高了星载设备独自运行能力，降低系统运行成本。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种国产化星载资源管理与任务调度设备，包括机箱以及位于机箱内的在线值班模块、任务调度模块、千兆以太网交换模块、低频接口模块、存储主控模块、二次电源模块；

所述在线值班模块通过千兆以太网与千兆以太网交换模块连接，千兆以太网交换模块通过千兆以太网与任务调度模块连接，任务调度模块通过千兆以太网与存储主控模块连接；

所述在线值班模块与二次电源模块连接，所述在线值班模块通过光纤RapidIO协议传输与存储主控模块连接；

所述千兆以太网交换模块通过千兆以太网与天基网络功能设备连接；所述千兆以太网交换模块通过千兆以太网与存储主控模块连接；

所述任务调度模块通过LVDS传输与天基网络功能设备连接；所述存储主控模块通过光纤RapidIO协议传输与天基网络功能设备连接；

所述低频接口模块与电源设备连接。

进一步地，所述数据存储模块包括第一数据存储单元和第二数据存储单元。

进一步地，包括RS422接口，所述低频接口模块通过RS422接口与电源设备连接。

进一步地，包括CAN总线，所述在线值班模块通过CAN总线与二次电源模块连接。

进一步地，包括总线对外通信接口，所述总线对外通信接口包括两路FC-AE-1553接口、不少于10路RS422接口、不少于10路千兆以太网接口、2路LVDS接口和4路RapidIO接口。

进一步地，所述FC-AE-1553接口、RS422接口、千兆以太网接口、LVDS接口和RapidIO接口均为ESCC宇航级或CAST级。

进一步地，所述天基网络功能设备用于Ka频段链路的星地网络互联和基于Ka频道链路的测量与控制，接收资源管理与任务调度设备的各种控制、调度指令。

进一步地，所述机箱包括前面板、后面板、模块安装架、母板安装架、盖板，采用铝材螺装连接组成机箱前面板提供FC-AE-1553、千兆以太网、RapidIO、本振、MLVDS功能的连接器和液冷连接器的安装空间；所述后面板供电、RS422、时间、姿态位置功能的连接器的安装空间；所述模块安装架为功能模块提供安装空间，提供起拔、锁紧和传热通路的机械、环境接口；所述母板安装架用于支撑互联母板的安装，提供功能模块的电气互联接口；所述盖板用于载荷单元的屏蔽和保护。

一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，制作如上任一所述国产化星载资源管理与任务调度设备，包括如下步骤：

步骤1：在线值班模块收到地面运控上注的任务规划指令包后，进行合法性检查，通过后进入步骤2；

步骤2：在线值班模块依据预先确定的策略，执行任务冲突检测及消解，完成电源保障能力、各类软硬件资源复核，确定可执行的任务，并生成时间符合任务队列，确定任务执行时间，所述任务执行时间包括任务准备时间、功能执行开始时间、功能执行结束时间和任务结束时间；

步骤3：在任务准备时间到时，在线值班模块控制电源子系统，为任务调度模块、存储模块、天基网络功能设备的二次电源加电；

步骤4：在任务准备时间到时，依据任务要求，形成对电能源、计算、处理、存储资源要求，协同参试子系统完成对参试模块加电启动后、完成设备自检，自检正常后进入步骤5；

步骤5：任务调度模块通知天基网络功能设备完成软件加载和系统蓝图部署、工作参数下达操作，完成任务准备就绪工作；

步骤6：天基网络功能开始执行，存储主控模块接收天基网络功能将处理后的信息并送入数据存储模块完成数据存储；

步骤7：在任务准备或功能执行过程中，在线值班模块实时对各参试设备模块进行状态监测，同时进行功能软件加载和运行状态监测，记录状态监测信息并形成遥测数据对地分发；

步骤8：在功能执行结束时间到时，任务调度模块通知成天基网络功能参试设备、任务调度模块、存储模块参试设备退出任务状态；

步骤9：在任务结束时间到时，任务调度模块汇总收集各参试设备任务执行状态报告信息，完成任务战斗报表生成并下发完成对地分发，通知天基网络功能设备开始完成设备断电；

步骤10：在线值班模块控制设备恢复到任务开始前状态。

进一步地，在步骤4中，在任务执行前设备处于休眠状态除在线值班模块、低频接口模块开机工作外，其它设备、模块处于关闭状态。

本发明的有益效果包括：

本发明通过提供集中统一设备资源管理，提高了星载设备资源管理的有效性和使用效率，通过在轨自主任务决策、调度能力将大大减轻地面运控系统负担,提高了星载设备独自运行能力，降低系统运行成本。

本发明的设备采用的元器件数量国产化率大于99%，核心关键元器件达到了100%，摆脱了对国外电子元器件的特别是核心器件的依赖，解决了元器件自主保障问题，大大提高了自主可控的水平。

本发明已在组合体飞行器载荷系统中得以应用，取得了较好效果，推广应用前景良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例设备的结构框图；

图2为本发明实施例方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

如图1所示，在以下实施例中，本发明实施例设备设计为：占1个II型载荷单元的物理空间，包括机箱、位于机箱内的在线值班模块、千兆以太网交换模块、任务调度模块、低频接口模块、二次电源等核心模块等。其中核心模块主要涉及处理器、存储器、总线接口、电源等几个类型，外围设备包括天基网络功能设备、电源子系统设备，其中天基网络功能设备负责Ka频段链路的星地网络互联和基于Ka频道链路的测量与控制，接收资源管理与任务调度设备的各种控制、调度指令。电源子系统设备负责为系统提供电能源保障，接收资源管理与任务调度设备电能源分配控制管理。

本发明实施例设备的机箱设计为：由前面板、后面板、模块安装架、母板安装架、各类盖板等组成，采用铝材螺装连接组成机箱前面板为平台提供FC-AE-1553、千兆以太网、RapidIO、本振、MLVDS等特性功能的连接器和液冷连接器的安装空间；后面板为系统提供供电、RS422、时间、姿态位置等特性功能的连接器的安装空间；模块安装架为功能模块提供安装空间，提供起拔、锁紧和传热通路的机械、环境接口；母板安装架用于支撑互联母板的安装，提供功能模块的电气互联接口；其余盖板用于载荷单元的屏蔽和保护。

本发明实施例设备的在线值班模块作为核心模块，1:1热备运行，不断电长期工作模块，通过FC-AE-1553接口对外完成信息交换，为管理控制指令的接收、解译提供处理、接口互联等资源，并为设备管理、任务调度等功能提供支持,提供CAN2.0B、千兆以太网等接口实现相关设备互连互通具备采集、上报模块状态信息的功能。

本发明实施例设备的任务调度模块可采用中电科58所P2020器件和复旦微电子的JFM7VX690T架构，内存芯片采用DDR2，外部存储器采用珠海欧比特NAND FLASH。模块包含LVDS、RapidIO、以太网、CAN等通信接口，为各类试验和应用任务所涉及的孔径、信道、计算和存储、软件及数据等资源调度提供支持；

本发明实施例设备的千兆以太网交换模块主要用于实现系统以太网互联，为任务分配、流程调度、设备管理等功能提供支撑。模块具有不少于10路千兆以太网接口，实现舱内设备局域网互联互通能力，具有CAN2.0B接口，支持待机状态下接收指令对模块进行上/下电，采集、上报模块状态信息的功能。

本发明实施例设备的低频接口模块为系统提供与各节点遥测遥控信息的传输资源。该模块选用国产化JSR26C31AF和JSR26CLV32FRS422芯片，通过RS422接口对外互联，为系统内常加电设备提供通信支持。同时提供CAN2.0B接口模块内部，采集、上报模块状态信息的功能。

本发明实施例设备的存储模块包括存储主控模块和数据存储模块，负责完成数据的接收、光电转换以及数据的记录、转储、删除、目录管理等功能。存储主控模块对外提供8路4X RapidIO总线接口；对内提供4路6X GTX总线接口，每路线速率为3.125Gbps，分别与数据存储模块互连；FPGA选用复旦微V7 FPGA，主控单元选用国产P2020处理器，板卡的CAN接口及管理单元采用中电47所的MCU（L80C196）。数据存储模块选用复旦微的V7 FPGA,提供16Tbit大容量高速数据存储。

本发明实施例设备可配置2块同样的二次电源模块：二次模块从平台输出的100V常加电与非常加电电压取电，转换为+5V、+28V两种电压，为设备各模块供电，并提供模块级电源管理支持；提供2路CAN2.0B规范总线；

本发明实施例设备的核心模块所涉及的核心元器件均为ESCC宇航级或CAST级，并具备抗辐照总剂量及抗单粒子翻转/锁定指标的国产化元器件，包含高性能处理器件(CPU、FPGA 、DSP)、DRAM、Flash闪存、接口总线类(FC-AE-1553、RS422、RapidIO，CAN、千兆网)、接插件(光、数字)、连接器等。CPU处理器采用中电科58所CSP2020器件和复旦微电子的JFM7VX690T-RT架构，内存芯片采用DDR2，外部存储器采用NAND FLASH。模块所述接口电路包含RS422、LVDS、MLVDS、RapidIO、以太网、CAN等通信接口，实现与其他模块或子/分系统的数据通信。

如图2所示，本发明实施例方法，提供一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其工作流程如下：

步骤1：在线值班模块收到地面运控上注的任务规划指令包后，进行合法性检查，通过后进入步骤2。

步骤2：在线值班模块依据预先确定的策略，执行任务冲突检测及消解，完成电源保障能力、各类软硬件资源复核，确定可执行的任务，并生成时间符合任务队列，确定任务执行时间(任务准备时间、功能执行开始时间、功能执行结束时间、任务结束时间)。

步骤3：在任务准备时间到时，在线值班模块控制电源子系统，为任务调度模块、存储模块、天基网络功能设备的二次电源加电。

步骤4：在任务准备时间到时，依据任务要求，形成对电能源、计算、处理、存储等资源要求，协同参试子系统完成对参试模块加电启动后(系统在任务执行前设备处于休眠状态除在线值班模块、低频接口模块开机工作外，其它设备、模块处于关闭状态)、完成设备自检，自检正常后进入步骤5。

步骤5：任务调度模块通知天基网络功能完成软件加载和系统蓝图部署、工作参数下达等操作，完成任务准备就绪工作。

步骤6：天基网络功能开始执行，存储主控接收天基网络功能将处理后的信息并送入数据存储模块完成数据存储。

步骤7：在任务准备或功能执行过程中，在线值班模块实时对各参试设备模块进行状态监测，同时进行功能软件加载和运行状态监测，记录状态监测信息并形成遥测数据对地分发；如发现设备故障，定位故障模块，进行故障分析评价，结合故障处置预案实现设备故障处理。

步骤8：功能执行结束时间到，任务调度模块通知成天基网络功能参试设备、任务调度模块、存储模块等参试设备退出任务状态。

步骤9：任务结束时间到，任务调度模块汇总收集各参试设备任务执行状态报告信息，完成任务战斗报表生成并下发完成对地分发，通知天基网络功能设备开始完成设备断电。

步骤10：在线值班模块控制设备恢复到任务开始前状态(设备处于休眠状态除在线值班模块、低频接口模块开机工作外，其它设备、模块处于关闭状态)。

实施例1：一种国产化星载资源管理与任务调度设备，包括机箱以及位于机箱内的在线值班模块、任务调度模块、千兆以太网交换模块、低频接口模块、存储主控模块、二次电源模块；

所述在线值班模块通过千兆以太网与千兆以太网交换模块连接，千兆以太网交换模块通过千兆以太网与任务调度模块连接，任务调度模块通过千兆以太网与存储主控模块连接；

所述在线值班模块与二次电源模块连接，所述在线值班模块通过光纤RapidIO协议传输与存储主控模块连接；

所述千兆以太网交换模块通过千兆以太网与天基网络功能设备连接；所述千兆以太网交换模块通过千兆以太网与存储主控模块连接；

所述任务调度模块通过LVDS传输与天基网络功能设备连接；所述存储主控模块通过光纤RapidIO协议传输与天基网络功能设备连接；

所述低频接口模块与电源设备连接。

实施例2：在实施例1的基础上，所述数据存储模块包括第一数据存储单元和第二数据存储单元。

实施例3：在实施例1的基础上，包括RS422接口，所述低频接口模块通过RS422接口与电源设备连接。

实施例4：在实施例1的基础上，包括CAN总线，所述在线值班模块通过CAN总线与二次电源模块连接。

实施例5：在实施例1的基础上，包括总线对外通信接口，所述总线对外通信接口包括两路FC-AE-1553接口、不少于10路RS422接口、不少于10路千兆以太网接口、2路LVDS接口和4路RapidIO接口。

实施例6：在实施例1的基础上，所述FC-AE-1553接口、RS422接口、千兆以太网接口、LVDS接口和RapidIO接口均为ESCC宇航级或CAST级。

实施例7：在实施例1的基础上，所述天基网络功能设备用于Ka频段链路的星地网络互联和基于Ka频道链路的测量与控制，接收资源管理与任务调度设备的各种控制、调度指令。

实施例8：在实施例1的基础上，所述机箱包括前面板、后面板、模块安装架、母板安装架、盖板，采用铝材螺装连接组成机箱前面板提供FC-AE-1553、千兆以太网、RapidIO、本振、MLVDS功能的连接器和液冷连接器的安装空间；所述后面板供电、RS422、时间、姿态位置功能的连接器的安装空间；所述模块安装架为功能模块提供安装空间，提供起拔、锁紧和传热通路的机械、环境接口；所述母板安装架用于支撑互联母板的安装，提供功能模块的电气互联接口；所述盖板用于载荷单元的屏蔽和保护。

实施例9：一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，制作如实施例1~实施例8任一所述国产化星载资源管理与任务调度设备，包括如下步骤：

步骤1：在线值班模块收到地面运控上注的任务规划指令包后，进行合法性检查，通过后进入步骤2；

步骤2：在线值班模块依据预先确定的策略，执行任务冲突检测及消解，完成电源保障能力、各类软硬件资源复核，确定可执行的任务，并生成时间符合任务队列，确定任务执行时间，所述任务执行时间包括任务准备时间、功能执行开始时间、功能执行结束时间和任务结束时间；

步骤3：在任务准备时间到时，在线值班模块控制电源子系统，为任务调度模块、存储模块、天基网络功能设备的二次电源加电；

步骤4：在任务准备时间到时，依据任务要求，形成对电能源、计算、处理、存储资源要求，协同参试子系统完成对参试模块加电启动后、完成设备自检，自检正常后进入步骤5；

步骤5：任务调度模块通知天基网络功能设备完成软件加载和系统蓝图部署、工作参数下达操作，完成任务准备就绪工作；

步骤6：天基网络功能开始执行，存储主控模块接收天基网络功能将处理后的信息并送入数据存储模块完成数据存储；

步骤7：在任务准备或功能执行过程中，在线值班模块实时对各参试设备模块进行状态监测，同时进行功能软件加载和运行状态监测，记录状态监测信息并形成遥测数据对地分发；

步骤8：在功能执行结束时间到时，任务调度模块通知成天基网络功能参试设备、任务调度模块、存储模块参试设备退出任务状态；

步骤9：在任务结束时间到时，任务调度模块汇总收集各参试设备任务执行状态报告信息，完成任务战斗报表生成并下发完成对地分发，通知天基网络功能设备开始完成设备断电；

步骤10：在线值班模块控制设备恢复到任务开始前状态。

实施例10：在实施例9的基础上，在步骤4中，在任务执行前设备处于休眠状态除在线值班模块、低频接口模块开机工作外，其它设备、模块处于关闭状态。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

根据本申请的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种可选实现方式中提供的方法。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现上述实施例中所述的方法。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，基于国产化星载资源管理与任务调度设备，该设备包括机箱以及位于机箱内的在线值班模块、任务调度模块、千兆以太网交换模块、低频接口模块、存储模块、二次电源模块；所述存储模块包括存储主控模块和数据存储模块；所述在线值班模块通过千兆以太网与千兆以太网交换模块连接，千兆以太网交换模块通过千兆以太网与任务调度模块连接，任务调度模块通过千兆以太网与存储主控模块连接；

所述在线值班模块与二次电源模块连接，所述在线值班模块通过光纤RapidIO协议传输与存储主控模块连接；

所述千兆以太网交换模块通过千兆以太网与天基网络功能设备连接；所述千兆以太网交换模块通过千兆以太网与存储主控模块连接；

所述任务调度模块通过LVDS传输与天基网络功能设备连接；所述存储主控模块通过光纤RapidIO协议传输与天基网络功能设备连接；

所述低频接口模块与电源设备连接；且还包括如下步骤：

步骤1：在线值班模块收到地面运控上注的任务规划指令包后，进行合法性检查，通过后进入步骤2；

步骤2：在线值班模块依据预先确定的策略，执行任务冲突检测及消解，完成电源保障能力、各类软硬件资源复核，确定可执行的任务，并生成时间符合任务队列，确定任务执行时间，所述任务执行时间包括任务准备时间、功能执行开始时间、功能执行结束时间和任务结束时间；

步骤3：在任务准备时间到时，在线值班模块控制电源子系统，为任务调度模块、存储模块、天基网络功能设备的二次电源加电；

步骤4：在任务准备时间到时，依据任务要求，形成对电能源、计算、处理、存储资源要求，协同参试子系统完成对参试模块加电启动后、完成设备自检，自检正常后进入步骤5；

步骤5：任务调度模块通知天基网络功能设备完成软件加载和系统蓝图部署、工作参数下达操作，完成任务准备就绪工作；

步骤6：天基网络功能开始执行，存储主控模块接收天基网络功能将处理后的信息并送入数据存储模块完成数据存储；

步骤7：在任务准备或功能执行过程中，在线值班模块实时对各参试设备模块进行状态监测，同时进行功能软件加载和运行状态监测，记录状态监测信息并形成遥测数据对地分发；

步骤8：在功能执行结束时间到时，任务调度模块通知成天基网络功能参试设备、任务调度模块、存储模块参试设备退出任务状态；

步骤9：在任务结束时间到时，任务调度模块汇总收集各参试设备任务执行状态报告信息，完成任务战斗报表生成并下发完成对地分发，通知天基网络功能设备开始完成设备断电；

步骤10：在线值班模块控制设备恢复到任务开始前状态。

2.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，所述数据存储模块包括第一数据存储单元和第二数据存储单元。

3.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，包括RS422接口，所述低频接口模块通过RS422接口与电源设备连接。

4.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，包括CAN总线，所述在线值班模块通过CAN总线与二次电源模块连接。

5.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，包括总线对外通信接口，所述总线对外通信接口包括两路FC-AE-1553接口、不少于10路RS422接口、不少于10路千兆以太网接口、2路LVDS接口和4路RapidIO接口。

6.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于， 包括FC-AE-1553接口、RS422接口、千兆以太网接口、LVDS接口和RapidIO接口，FC-AE-1553接口、RS422接口、千兆以太网接口、LVDS接口和RapidIO接口均为ESCC宇航级或CAST级。

7.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，所述天基网络功能设备用于Ka频段链路的星地网络互联和基于Ka频道链路的测量与控制，接收资源管理与任务调度设备的各种控制、调度指令。

8.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，所述机箱包括前面板、后面板、模块安装架、母板安装架、盖板，采用铝材螺装连接组成机箱前面板提供FC-AE-1553、千兆以太网、RapidIO、本振、MLVDS功能的连接器和液冷连接器的安装空间；所述后面板为供电、RS422、时间、姿态位置功能的连接器的安装空间；所述模块安装架为功能模块提供安装空间，提供起拔、锁紧和传热通路的机械、环境接口；所述母板安装架用于支撑互联母板的安装，提供功能模块的电气互联接口；所述盖板用于载荷单元的屏蔽和保护。

9.根据权利要求1所述的国产化星载资源管理与任务调度设备的调度方法，其特征在于，在步骤4中，在任务执行前设备处于休眠状态，除在线值班模块、低频接口模块开机工作外，其它设备、模块处于关闭状态。