CN117148819A - 一种宇航产品在轨仿真测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宇航产品在轨仿真测试平台，包括硬件系统和软件系统，硬件系统设计标准形态和紧凑形态两种，便于适应于不同的应用场景，标准形态下包括CPU板卡、背板和多个功能卡，CPU板卡和功能卡均插设于背板的插槽内并通过背板总线进行通信，紧凑形态下包括母板及核心板，核心板均包括龙芯桥片和龙芯CPU，以及相关的连接器，功能卡包括低速卡和高速卡；软件系统包括基于国产道系统的实时操作系统和基于国产中标麒麟系统的非实时操作系统。本平台实现了全国产化，通用性和兼容性提高，可追溯性强，成本低。

Description

一种宇航产品在轨仿真测试平台

技术领域

本发明属于测试技术领域，涉及宇航产品仿真测试，具体涉及一种宇航产品在轨仿真测试平台。

背景技术

为了验证宇航产品功能性能，正式使用前及在轨过程中都要进行多种仿真测试，这就需要专门的仿真测试平台配合完成。

当前的实现方案在一个方面，模块化、通用化程度已经不能满足仿真测试的需求，便携式、低风险作业要求也不断被提出，如何以低成本的设计提高测试的兼容性、性价比和可追溯性，全面推进国产化进程，是亟待解决的问题。再一方面，传统测试设备基本都是针对一个或一种航天器进行的测试，不同航天器的测试数据以及同一航天器不同阶段的测试数据都无法进行有效的整合利用。

发明内容

为解决上述相关现有技术不足，本发明提供一种宇航产品在轨仿真测试平台，实现全国产化设计，具有小型化、通用化、模块化、兼容化、低成本化特点，可追溯性强。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种宇航产品在轨仿真测试平台，包括硬件系统，硬件系统包括核心板，核心板包括设于板卡上的龙芯桥片和龙芯CPU；

龙芯桥片的PCIE接口通过PCIE转PCI桥连接第一COME连接器，龙芯桥片的USB、I2C、GPIO、UART接口中的至少一个连接第一COME连接器，龙芯桥片的PCIE接口和/或SATA接口连接第二COME连接器，龙芯桥片通过PHY芯片、HDMI TX芯片、LVDS TX芯片连接第二COME连接器；

龙芯CPU通过UART接口连接第一COME连接器，并连接有闪存芯片和缓存芯片。

进一步，硬件系统设计为标准形态时，硬件系统包括CPU板卡、背板和多个功能卡，CPU板卡和功能卡均插设于背板的插槽内并通过背板总线进行通信；

CPU板卡包括所述核心板以及与核心板连接的载板，载板用于实现核心板供电和对外接口转换，载板包括所述第一COME连接器和所述第二COME连接器；

第二COME连接器通过PCIE总线连接有PXIE连接器，第一COME连接器通过PCI本地总线连接有CPCI连接器，CPCI连接器连接电源控制转换模块，电源控制转换模块连接第一COME连接器，电源控制转换模块用于将CPCI连接器从外部引入的电源进行转换后，通过第一COME连接器向核心板供电；

第二COME连接器连接有网口和显示接口，第一COME连接器连接有USB接口和串口。

更进一步，背板总线采用CPCIE，CPU板卡具有PCI和PCIE总线接口，功能卡采用PCI总线接口或PCIE总线接口；

背板具有依次布置的CPU槽和多个功能槽，CPU槽的电源线与相邻功能槽的电源线连接，其余各个功能槽的电源线依次连接；

CPU槽的PCIE总线分别连接各个功能槽的PCIE总线；

CPU槽的PCI总线与相邻的功能槽的PCI总线连接，其余各个功能槽的PCI总线依次连接。

更进一步，功能卡包括低速卡和高速卡，低速卡通过PCI总线与CPU板卡进行通信，高速卡通过PCIE总线与CPU板卡进行通信；

低速卡和高速卡均包括一FPGA和一数字隔离器件，FPGA与数字隔离器件之间进行数字信号通信，数字隔离器件连接AD转换器和DA转换器，AD转换器和DA转换器连接接口电路，AD转换器用于将接口电路输入的模拟信号转换为数字信号后传输给数字隔离器件，DA转换器用于将数字隔离器件输出的数字信号转换为模拟信号后输出给接口电路；数字隔离器件与接口电路之间还进行数字通信，其中，低速卡的FPGA通过PCI本地总线连接PCI桥，PCI桥通过PCI总线连接有CPCI连接器；高速卡的FPGA通过PCIE总线连接有PXIE连接器。

进一步，硬件系统设计为紧凑形态时，硬件系统包括母板及所述核心板，核心板安装在母板上，母板包括一FPGA和一数字隔离器件，FPGA与数字隔离器件之间进行数字信号通信，数字隔离器件连接AD转换器和DA转换器，AD转换器和DA转换器连接接口电路，AD转换器用于将接口电路输入的模拟信号转换为数字信号后传输给数字隔离器件，DA转换器用于将数字隔离器件输出的数字信号转换为模拟信号后输出给接口电路；数字隔离器件与接口电路之间还进行数字通信，FPGA通过PCI总线、PCIE总线、USB接口、网线接口中的至少一种连接COME连接器，COME连接器包括所述第一COME连接器和所述第二COME连接器。

进一步，还包括软件系统，软件系统包括实时操作系统，实时操作系统包括嵌入式道系统、硬件驱动及BSP包、中间件、任务管理引擎、实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块、HMI显控软件、数据管理软件；

嵌入式道系统作为底层，用于提供操作系统；

硬件驱动及BSP包在嵌入式道系统基础上搭建/实现，用于实现硬件的驱动软件及对驱动软件的接口进行标准化管理；

中间件用于作为道系统提供的BSP和硬件驱动间的枢纽，实现函数接口转换、系统资源映射、外设驱动封装；并在开发应用软件时，用于供用户对底层软硬件功能调用以进行标准化设计，便于后期类似项目的参考移植；

任务管理引擎用于托管操作系统上运行的用户级任务，对用户任务按照优先级进行管理，评估各任务需要的时长，合理分配时间片，以保证系统任务和用户任务的实时性；并用于对系统所有任务时间进行记录，进行问题跟踪定位；

实时任务采集模块用于接受任务管理引擎的调度，在每一个仿真测试周期开始时先进行运行以获取航天器各部件的最新状态数据，然后提供给动力学仿真模型使用；

仿真模型模块包括一个所述动力学仿真模型和多个部组件仿真模型，用于统一接受任务管理引擎的调度，根据实时任务采集模块获取的状态数据，通过动力学仿真模型推算出航天器目前的状态，然后对比与目标位置和姿态的差异，输出航天器控制信号给部组件仿真模型，并通过部组件仿真模型按照控制信号进行新的动作，进行姿态或位置调整，实现仿真测试的闭环控制；

测试算法模块用于将通用的算法模块化，提高软件成熟度以方便用户调用；

实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块通过OPC SERVER连接有HMI显控软件，HMI显控软件用于人机操作，响应交互界面和交互按键的输入，传达指令给实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块；

实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块通过UDP数据上传接口连接数据管理软件，数据管理软件用于对实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块上传的数据进行管理。

更进一步，软件系统还包括非实时操作系统，非实时操作系统包括：

中标麒麟操作系统，用于提供操作系统；

硬件驱动管理模块，搭建于中标麒麟操作系统上，用于实现硬件的驱动软件及对驱动软件的接口进行标准化管理；

配置模块，在硬件驱动管理模块的基础上实现，并连接到显控界面，用于根据显控界面的交互操作输入，对硬件通道号、数据类型、当量、通信协议进行配置，并以excel文件的形式保存，以供用户进行查阅和修改；

数据管理模块，在数据库的基础上实现，并连接到数据管理界面，用于根据数据管理界面的交互操作输入，对测试数据存放格式及关联性进行管理，并提供数据关联查询功能，以供用户进行历史数据查询和分析；

测试序列管理引擎，用于管理和调度各模块的运行，实现自动化仿真测试；

采集模块，在硬件驱动管理模块的基础上实现，并连接测试序列管理引擎，并通过显控界面进行人机交互操作，用于进行航天器状态数据的采集；

仿真模块，在采集模块和硬件驱动管理模块的基础上实现，包括一个动力学仿真模型和多个部组件仿真模型，用于接受测试序列管理引擎的调度，在每一个仿真测试周期读取采集模块获取的最新数据，通过动力学仿真模型推算出航天器目前的状态，然后对比与目标位置和姿态的差异，输出航天器控制信号给部组件仿真模型，通过部组件仿真模型按照控制信号进行新的动作，进行姿态或位置调整，实现仿真测试的闭环控制；

算法模块，在采集模块和仿真模块的基础上实现，用于将通用的算法模块化，以提高软件成熟度，供后续调用；

存储模块，在采集模块和测试序列管理引擎的基础上实现，用于将采集到的数据进行存储，以供后续进行历史数据查询和分析。

本发明的有益效果：

1、采用全国产化硬件搭建平台，并采用国产系统进行底层操作系统实现，低成本，兼容性更好，且具有更强的可追溯性，便于维护和进行技术推广普及；并通过设计标准形态和紧凑形态，满足不同应用场景的需求；

2、本发明在传统仿真测试技术的基础上，加强了数据管理模块开发，开发数据库适配器将异构数据库数据进行归一化管理，可以实现多平台多航天器数据统一管理；引入大数据分析算法，方便进行航天器历史数据分析、批次分析、趋势分析、预判预警、任务规划等操作，大大提升我国航天器在轨管理和运行维护水平；

3、传统的整板形式的CPU板，不管是用户接口变化还是CPU等核心器件升级更换都需要进行整板的重新设计生产，代价高难度大；本申请发明采用COME架构实现CPU板，一方面方便用户接口的灵活调整，另一方面也方便CPU的升级换代，可以完全避免传统方案的问题；

4、传统的仿真测试设备大都是单一总线类型或者机箱是混合总线但每个槽位只支持单一总线类型，灵活性较低；本发明采用CPCI+PXIE的总线形式，大大提高了硬件的可配置程度，本发明的扩展槽位每个都支持两种总线，使用起来更为方便灵活，对于既有高速信号又有低速信号的宇航产品测试环境而言性价比非常高；

5、本发明的实时及非实时操作系统架构，充分考虑了宇航产品仿真测试的特点，将整个软件平台从操作系统、硬件驱动、应用软件等层面划分的更加清晰合理，避免以往大杂烩的情形，采用模块化、可重构和标准化的设计思想，合理的将软件从功能上进行了模块划分和设计，更有以下几个优点：1）可以将验证成熟的功能模块固化下来，便于后续的充分利用；2）出现问题的时候，方便进行模块级问题隔离和排查；3）方便进行功能扩展或裁剪，适应不同场合应用；大大提升了宇航产品仿真测试平台的软件开发效率和软件产品的成熟度。

附图说明

图1示出了本申请实施例的核心板原理框图。

图2示出了本申请实施例的标准形态硬件系统组成框图。

图3示出了本申请实施例的载板原理框图。

图4示出了本申请实施例的背板原理框图。

图5示出了本申请实施例的低速卡原理框图。

图6示出了本申请实施例的高速卡原理框图。

图7示出了本申请实施例的标准形态硬件系统组成框图。

图8示出了本申请实施例的母板原理框图。

图9示出了本申请实施例的实时操作系统架构图。

图10示出了本申请实施例的非实时操作系统架构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例提供一种宇航产品在轨仿真测试平台，包括硬件系统和软件系统，其中，硬件系统包括两种形态：标准形态和紧凑形态，两种形态均包括有核心板。其中，标准形态采用标准3U/6U插卡形式，方便组装和扩展；而在紧凑形态中，整个硬件一个核心板加一个母板的形式实现。标准形态适用于大规模、仿真测试场景复杂的场合，紧凑形态适用于小规模、测试场景简单、成本预算低的场合。

核心板实现功能是将CPU的主要资源进行扩展，如图1所示，核心板包括设于板卡上的龙芯桥片和龙芯CPU。其中，龙芯桥片采用7A1000，其PCIE接口通过PCIE转PCI桥连接第一COME连接器，龙芯桥片的USB、I2C、GPIO、UART接口中的至少一个连接第一COME连接器，龙芯桥片的PCIE接口和/或SATA接口连接第二COME连接器，龙芯桥片通过PHY芯片、HDMI TX芯片、LVDS TX芯片连接第二COME连接器；龙芯CPU采用LS3A4000，通过UART接口连接第一COME连接器，并连接有闪存芯片和缓存芯片。

具体的，龙芯桥片的USB、I2C、GPIO、UART接口均连接第一COME连接器，龙芯桥片通过GAMC接口连接PHY芯片，并通过一DVO接口连接HDMI TX芯片，并通过另一DVO接口连接LVDS TX芯片，PHY芯片、HDMI TX芯片、LVDS TX芯片连接第二COME连接器。

具体的，闪存芯片可以采用SPI FLASH，选用16MB的，缓存芯片可以采用DDR4，选用两片4G的。

国产龙芯CPU通过国产龙芯桥片来扩展PCIE、USB、I2C、网口、HDMI、LVDS、SATA等接口，其中PCIE接口主要用来进行硬件测试模块和硬件仿真模块的扩展；其他接口为计算机的标准接口。宇航产品仿真测试时龙芯CPU主要运行操作系统和仿真测试软件；通过仿真测试软件控制硬件测试模块和硬件仿真模块工作，同时通过标准显示、USB等接口将显示和控制界面展示给用户。

当硬件系统设计为标准形态时，如图2所示，展示的CPU板卡为图1所示的核心板的CPICE主板，功能卡分为两种测试板卡和仿真板卡，测试板卡在宇航产品在轨仿真测试时进行被测对象信号的采集，仿真板卡宇航产品在轨仿真测试时用来模拟宇航产品的各种部组件，通过仿真可以实现宇航产品的状态模拟、推演预测、故障注入等。具体的，硬件系统包括CPU板卡、背板和多个功能卡，CPU板卡和功能卡均插设于背板的插槽内并通过背板总线进行通信。

CPU板卡结构上采用核心板+载板的形式，方便升级，减少因后续CPU升级或者CPU板卡对外接口变化造成的改版费用。具体包括前文所述核心板以及与核心板连接的载板。

载板用于实现核心板供电和对外接口转换，作为标准3U/6U形式出现，实现计算机接口扩展的功能。如图3所示，是标准形态下构成CPCIE主板的载板，主要实现测试平台标准形态下信号接口的转换，将各COME连接器上的信号转换到标准的计算机接口上，方便测试平台硬件的组装和扩展，具体的，载板包括所述第一COME连接器和所述第二COME连接器；第二COME连接器通过PCIE总线连接有PXIE连接器，第一COME连接器通过PCI本地总线连接有CPCI连接器，CPCI连接器连接电源控制转换模块，电源控制转换模块连接第一COME连接器，电源控制转换模用于将CPCI连接器从外部引入的电源进行转换后，通过第一COME连接器向核心板供电；第二COME连接器连接有网口和显示接口，显示接口可以是VGA接口，第一COME连接器连接有USB接口和串口。

在本实例中，为了兼容低速小数据量和高速大数据量的需求，背板总线采用CPCIE，CPU板卡具有PCI和PCIE总线接口，功能卡采用PCI总线接口或PCIE总线接口。具体的，背板上按槽位进行排布，包括1个CPU槽位和7个功能槽位。CPU板插在最左边的固定槽位，槽位以红色标识提醒用户；功能卡插在其他7个槽位，7个槽位功能相同，功能卡可以互换。背板原理框图如图4所示，CPU板和功能卡（包括测试板卡和仿真板卡两大类）通过PCI/PCIE总线进行数据交换。背板具有依次布置的CPU槽和多个功能槽，CPU槽的电源线与相邻功能槽的电源线连接，其余各个功能槽的电源线依次连接；CPU槽的PCIE总线分别连接各个功能槽的PCIE总线；CPU槽的PCI总线与相邻的功能槽的PCI总线连接，其余各个功能槽的PCI总线依次连接。

本实例中，功能卡包括低速卡和高速卡，低速卡通过PCI总线与CPU板卡进行通信，高速卡通过PCIE总线与CPU板卡进行通信。

其中，如图5所示，低速卡包括一FPGA和一数字隔离器件，FPGA通过PCI本地总线连接PCI桥，PCI桥通过PCI总线连接有CPCI连接器，FPGA与数字隔离器件之间进行数字信号通信，数字隔离器件连接AD转换器和DA转换器，AD转换器和DA转换器连接接口电路，AD转换器用于将接口电路输入的模拟信号转换为数字信号后传输给数字隔离器件，DA转换器用于将数字隔离器件输出的数字信号转换为模拟信号后输出给接口电路；数字隔离器件与接口电路之间还进行数字通信。工作时，计算机CPU板卡通过PCI总线与功能卡实现数据互联，功能卡本地由FPGA作为处理器进行信号（电源、温度、压力等缓变信号）的并行采集、处理和输出，实现宇航产品闭环仿真测试时的低速的状态信号采集、激励信号输出等功能。

其中，如图6所示，高速卡包括一FPGA和一数字隔离器件，FPGA通过PCIE总线连接有PXIE连接器，FPGA与数字隔离器件之间进行数字信号通信，数字隔离器件连接AD转换器和DA转换器，AD转换器和DA转换器连接接口电路，AD转换器用于将接口电路输入的模拟信号转换为数字信号后传输给数字隔离器件，DA转换器用于将数字隔离器件输出的数字信号转换为模拟信号后输出给接口电路；数字隔离器件与接口电路之间还进行数字通信。工作时，计算机CPU板卡通过PCIE总线与功能卡实现数据互联，功能卡本地由FPGA作为处理器进行高速信号（视频、图像、通信等高速信号）的并行采集、处理和输出，实现宇航产品闭环仿真测试时的高速状态信号采集、激励信号输出等功能。

本申请实施例采用COME架构实现CPU板，一方面方便用户接口的灵活调整，另一方面也方便CPU的升级换代。而传统的整板形式的CPU板，不管是用户接口变化还是CPU等核心器件升级更换都需要进行整板的重新设计生产，代价高难度大。本申请实施例采用COME架构则可以完全避免上述问题。

本申请实施例采用CPCI+PXIE的总线形式，大大提高了硬件的可配置程度。而传统的仿真测试设备大都是单一总线类型或者机箱是混合总线但每个槽位只支持单一总线类型，灵活性较低。本发明的扩展槽位每个都支持两种总线，使用起来更为方便灵活，对于既有高速信号又有低速信号的宇航产品测试环境而言性价比非常高。

当硬件系统设计为紧凑形态时，硬件系统如图7所示，包括母板及前文所述核心板，核心板安装在母板上。母板除了实现计算机接口外，增加FPGA作为协处理器，通过PCI/PCIE/USB/网络等接口实现核心板与协处理器的数据交换，协处理器可以用来扩展AD、DA、DIO、CAN、1553B等采集卡实现的功能。

核心板通过COME连接器上的PCI/PCIE总线与母板上的协处理器FPGA进行数据交互，针对不通的测试对象，只需调整母板的资源配置即可，母板是以FPGA为处理器进行开发的，具有高度的可重构性，并且开发难度较低，实现起来性价比较高。

具体的，本实例中，母板采用如图8所示的原理框图结构，包括一FPGA和一数字隔离器件，FPGA与数字隔离器件之间进行数字信号通信，数字隔离器件连接AD转换器和DA转换器，AD转换器和DA转换器连接接口电路，AD转换器用于将接口电路输入的模拟信号转换为数字信号后传输给数字隔离器件，DA转换器用于将数字隔离器件输出的数字信号转换为模拟信号后输出给接口电路；数字隔离器件与接口电路之间还进行数字通信，比如通过DIO接口、CAD接口、1553B总线接口进行通信。FPGA通过PCI总线、PCIE总线、USB接口、网线接口中的至少一种连接COME连接器，COME连接器包括所述第一COME连接器和所述第二COME连接器。

母板上的FPGA通过PCI/PCIE总线与核心板进行数据交换，接收龙芯CPU的指令等信息，并将采集到的宇航产品状态通过PCI/PCIE总线传输给龙芯CPU。另外母板通过FPGA扩展AD、DA、DIO、通信等接口，实现宇航产品的状态信号采集、仿真激励信号输出、总线数据通信等功能。

本申请实施例通过COME核心板+母板这种方式，可以方便、灵活的实现小型宇航产品的仿真测试平台搭建，小型宇航产品的接口信号种类多、数量少的特点，如果采用标准形态的方式实现，则会使用很多标准功能模块，每个模块可能资源利用很不充分，造成资源的浪费，性价比较低。采用这种紧凑形态来实现的话，只需要一块综合的母板来实现不同种类信号的仿真测试功能即可，性价比较高，比较适合当前蓬勃发展的商业航天等低成本宇航的仿真测试领域。

现有技术中，常规的小型仿真测试设备大多是以ARM、FPGA、DSP等嵌入式处理器为核心进行的开发，无法良好的运行实时操作系统和较复杂的仿真算法。而本申请实施例采用的COME核心板+母板形式实现了主处理器（龙芯LS3A4000）+协处理器（FPGA）的双CPU模式，主处理器依靠其计算优势，运行实时操作系统和仿真算法模型等；协处理器依靠其可重构、并行处理等优势实现接口信号的并行处理。采用这种二级处理架构，既解决了常规嵌入式设备的缺陷，又升了仿真测试系统的运行效率和稳定性。

本实例中，软件系统包括实时操作系统和非实时操作系统。

其中，如图9所示，实时操作系统包括嵌入式道系统、硬件驱动及BSP包、中间件、任务管理引擎、实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块、HMI显控软件、数据管理软件。

嵌入式道系统作为底层，用于提供操作系统。

硬件驱动及BSP包在嵌入式道系统基础上搭建/实现，用于实现硬件的驱动软件及对驱动软件的接口进行标准化管理。

中间件用于作为道系统提供的BSP和硬件驱动间的枢纽，实现函数接口转换、系统资源映射、外设驱动封装；用户在开发应用软件时，对底层软硬件功能的调用可以进行标准化设计，提高代码复用率，方便后期类似项目的参考移植。

任务管理引擎用于托管操作系统上运行的用户级任务，对用户任务按照优先级进行管理，评估各任务需要的时长，合理分配时间片，保证系统任务和用户任务的实时性，避免用户直接操作系统底层造成任务冲突、超时、卡死、内存溢出等问题；另外任务管理引擎对系统所有任务时间进行记录，方便进行问题跟踪定位。

实时任务采集模块是仿真测试平台的一个比较重要的用户任务，接受任务管理引擎的调度，在每一个仿真测试周期开始时都要先运行，以获取航天器各部件的最新状态数据，具体可以是真实航天器的数据，也可以是仿真模型模块过来的数据，然后提供给仿真模型模块的动力学仿真模型使用。

仿真模型模块也是仿真测试平台的一个比较重要的用户任务，内部包括一个动力学仿真模型和多个部组件仿真模型，统一接受任务管理引擎的调度，在每一个仿真测试周期读取实时任务采集模块获取的最新数据，通过动力学仿真模型推算出航天器目前的状态，比如位置和姿态等，然后对比与目标位置和姿态的差异，输出航天器控制信号给部组件仿真模型，让部组件仿真模型按照新给的控制信号进行新的动作，达到姿态或位置调整，实现仿真测试的闭环控制。

测试算法模块主要是受用户任务调用，用于将通用的算法模块化，提高软件成熟度，方便后续利用。比如电信号向物理量转换算法用于实时采集任务；趋势分析算法用于仿真模块中趋势分析，提前预判航天器状态；数据压缩算法用于原始数据向数据库发送前先进行压缩，减少数据发送时间和所占空间。

其中，底层嵌入式道系统的低速数据和顶层HMI显控软件通过开源的OPC接口协议进行通信，底层嵌入式道系统的高速数据打包压缩后通过UDP接口上传至数据管理软件。

具体的，实时任务采集模、仿真模型模块、测试算法模块通过OPC SERVER连接有HMI显控软件，HMI显控软件用于人机操作，响应交互界面和交互按键的输入，传达指令给实时任务采集模、仿真模型模块、测试算法模块。

实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块通过UDP数据上传接口连接数据管理软件，数据管理软件用于对实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块上传的数据进行管理。

其中，如图10所示，非实时操作系统包括中标麒麟操作系统、硬件驱动管理模块、配置模块、数据管理模块、测试序列管理引擎、采集模块、仿真模块、算法模块、存储模块、显控界面、数据管理界面等。

中标麒麟操作系统用于提供操作系统；硬件驱动管理模块搭建于中标麒麟操作系统上，用于实现硬件的驱动软件及对驱动软件的接口进行标准化管理。

配置模块在硬件驱动管理模块的基础上实现，并连接到显控界面，用于根据显控界面的交互操作输入，对硬件通道号、数据类型、当量、通信协议等进行配置，并以excel文件的形式保存，方便用户进行查阅和修改。

数据管理模块在数据库的基础上实现，并连接到数据管理界面，用于根据数据管理界面的交互操作输入，对测试数据存放格式及关联性进行管理，并提供数据关联查询功能，方便用户进行历史数据查询和分析。

测试序列管理引擎在采集模块、仿真模块、算法模块、存储模块等的基础上实现，并连接显控界面，用于管理和调度各模块的运行，实现自动化仿真测试。

采集模块在硬件驱动管理模块的基础上实现，并连接测试序列管理引擎，用于航天器状态数据的采集。仿真模块包括一个动力学仿真模型和多个部组件仿真模型，统一接受测试序列管理引擎的调度，在每一个仿真测试周期读取采集模块获取的最新数据，通过动力学仿真模型推算出航天器目前的状态（位置和姿态等），然后对比与目标位置和姿态的差异，输出航天器控制信号给平台的航天器部组件仿真模块型，让航天器部组件仿真模型按照新给的控制信号进行新的动作，达到姿态或位置调整，实现仿真测试的闭环控制。

算法模块在采集模块和仿真模块等的基础上实现，用于将通用的算法模块化，提高软件成熟度，方便后续利用。比如电信号向物理量转换算法用于实时采集任务；趋势分析算法用于仿真模块中趋势分析，提前预判航天器状态；数据压缩算法用于原始数据向数据库发送前先进行压缩，减少数据发送时间和所占空间。

存储模块在采集模块和测试序列管理引擎的基础上实现，用于将采集到的数据进行存储，方便后续进行历史数据查询和分析。

宇航产品仿真测试是一个复杂的系统工程，宇航产品元器件到在轨运行维护，各个环节都需要进行充分的仿真测试，不同阶段不同对象的仿真测试需求又是不一样的，传统的手段是不同的阶段有不同功能的设备进行仿真测试。一个型号下拉需要好多套专用仿真测试设备。本申请实施例采用的上述软件架构设计的实时及非实时操作系统，充分考虑了宇航产品仿真测试的特点，将整个软件平台从操作系统、硬件驱动、应用软件等层面划分的更加清晰合理，避免以往大杂烩的情形，采用模块化、可重构和标准化的设计思想，合理的将软件从功能上进行了模块划分和设计，主要有以下几个优点：

一是可以将验证成熟的功能模块固化下来，便于后续的充分利用；

二是出现问题的时候，方便进行模块级问题隔离和排查；

三是方便进行功能扩展或裁剪，适应不同场合应用。

总体而言，本申请实施例的软件架构大大提升了宇航产品仿真测试平台的软件开发效率和软件产品的成熟度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，包括硬件系统，硬件系统包括核心板，核心板包括设于板卡上的龙芯桥片和龙芯CPU；

龙芯桥片的PCIE接口通过PCIE转PCI桥连接第一COME连接器，龙芯桥片的USB、I2C、GPIO、UART接口中的至少一个连接第一COME连接器，龙芯桥片的PCIE接口和/或SATA接口连接第二COME连接器，龙芯桥片通过PHY芯片、HDMI TX芯片、LVDS TX芯片连接第二COME连接器；

龙芯CPU通过UART接口连接第一COME连接器，并连接有闪存芯片和缓存芯片。

2.根据权利要求1所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，龙芯桥片采用7A1000。

3.根据权利要求1所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，龙芯CPU采用LS3A4000。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，硬件系统设计为标准形态时，硬件系统包括CPU板卡、背板和多个功能卡，CPU板卡和功能卡均插设于背板的插槽内并通过背板总线进行通信；

CPU板卡包括所述核心板以及与核心板连接的载板，载板用于实现核心板供电和对外接口转换，载板包括所述第一COME连接器和所述第二COME连接器；

第二COME连接器通过PCIE总线连接有PXIE连接器，第一COME连接器通过PCI本地总线连接有CPCI连接器，CPCI连接器连接电源控制转换模块，电源控制转换模块连接第一COME连接器，电源控制转换模块用于将CPCI连接器从外部引入的电源进行转换后，通过第一COME连接器向核心板供电；

第二COME连接器连接有网口和显示接口，第一COME连接器连接有USB接口和串口。

5.根据权利要求4所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，背板总线采用CPCIE，CPU板卡具有PCI和PCIE总线接口，功能卡采用PCI总线接口或PCIE总线接口；

背板具有依次布置的CPU槽和多个功能槽，CPU槽的电源线与相邻功能槽的电源线连接，其余各个功能槽的电源线依次连接；

CPU槽的PCIE总线分别连接各个功能槽的PCIE总线；

CPU槽的PCI总线与相邻的功能槽的PCI总线连接，其余各个功能槽的PCI总线依次连接。

6.根据权利要求5所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，功能卡包括低速卡和高速卡，低速卡通过PCI总线与CPU板卡进行通信，高速卡通过PCIE总线与CPU板卡进行通信；

低速卡和高速卡均包括一FPGA和一数字隔离器件，FPGA与数字隔离器件之间进行数字信号通信，数字隔离器件连接AD转换器和DA转换器，AD转换器和DA转换器连接接口电路，AD转换器用于将接口电路输入的模拟信号转换为数字信号后传输给数字隔离器件，DA转换器用于将数字隔离器件输出的数字信号转换为模拟信号后输出给接口电路；数字隔离器件与接口电路之间还进行数字通信，其中，低速卡的FPGA通过PCI本地总线连接PCI桥，PCI桥通过PCI总线连接有CPCI连接器；高速卡的FPGA通过PCIE总线连接有PXIE连接器。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，硬件系统设计为紧凑形态时，硬件系统包括母板及所述核心板，核心板安装在母板上，母板包括一FPGA和一数字隔离器件，FPGA与数字隔离器件之间进行数字信号通信，数字隔离器件连接AD转换器和DA转换器，AD转换器和DA转换器连接接口电路，AD转换器用于将接口电路输入的模拟信号转换为数字信号后传输给数字隔离器件，DA转换器用于将数字隔离器件输出的数字信号转换为模拟信号后输出给接口电路；数字隔离器件与接口电路之间还进行数字通信，FPGA通过PCI总线、PCIE总线、USB接口、网线接口中的至少一种连接COME连接器，COME连接器包括所述第一COME连接器和所述第二COME连接器。

8.根据权利要求1所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，还包括软件系统，软件系统包括实时操作系统，实时操作系统包括嵌入式道系统、硬件驱动及BSP包、中间件、任务管理引擎、实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块、HMI显控软件、数据管理软件；

嵌入式道系统作为底层，用于提供操作系统；

硬件驱动及BSP包在嵌入式道系统基础上搭建/实现，用于实现硬件的驱动软件及对驱动软件的接口进行标准化管理；

中间件用于作为道系统提供的BSP和硬件驱动间的枢纽，实现函数接口转换、系统资源映射、外设驱动封装；并在开发应用软件时，用于供用户对底层软硬件功能调用以进行标准化设计，便于后期类似项目的参考移植；

任务管理引擎用于托管操作系统上运行的用户级任务，对用户任务按照优先级进行管理，评估各任务需要的时长，合理分配时间片，以保证系统任务和用户任务的实时性；并用于对系统所有任务时间进行记录，进行问题跟踪定位；

实时任务采集模块用于接受任务管理引擎的调度，在每一个仿真测试周期开始时先进行运行以获取航天器各部件的最新状态数据，然后提供给动力学仿真模型使用；

仿真模型模块包括一个所述动力学仿真模型和多个部组件仿真模型，用于统一接受任务管理引擎的调度，根据实时任务采集模块获取的状态数据，通过动力学仿真模型推算出航天器目前的状态，然后对比与目标位置和姿态的差异，输出航天器控制信号给部组件仿真模型，并通过部组件仿真模型按照控制信号进行新的动作，进行姿态或位置调整，实现仿真测试的闭环控制；

测试算法模块用于将通用的算法模块化，提高软件成熟度以方便用户调用；

实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块通过OPC SERVER连接有HMI显控软件，HMI显控软件用于人机操作，响应交互界面和交互按键的输入，传达指令给实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块；

实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块通过UDP数据上传接口连接数据管理软件，数据管理软件用于对实时任务采集模块、仿真模型模块、测试算法模块上传的数据进行管理。

9.根据权利要求8所述的宇航产品在轨仿真测试平台，其特征在于，软件系统还包括非实时操作系统，非实时操作系统包括：

中标麒麟操作系统，用于提供操作系统；

硬件驱动管理模块，搭建于中标麒麟操作系统上，用于实现硬件的驱动软件及对驱动软件的接口进行标准化管理；

配置模块，在硬件驱动管理模块的基础上实现，并连接到显控界面，用于根据显控界面的交互操作输入，对硬件通道号、数据类型、当量、通信协议进行配置，并以excel文件的形式保存，以供用户进行查阅和修改；

数据管理模块，在数据库的基础上实现，并连接到数据管理界面，用于根据数据管理界面的交互操作输入，对测试数据存放格式及关联性进行管理，并提供数据关联查询功能，以供用户进行历史数据查询和分析；

测试序列管理引擎，用于管理和调度各模块的运行，实现自动化仿真测试；

采集模块，在硬件驱动管理模块的基础上实现，并连接测试序列管理引擎，并通过显控界面进行人机交互操作，用于进行航天器状态数据的采集；

仿真模块，在采集模块和硬件驱动管理模块的基础上实现，包括一个动力学仿真模型和多个部组件仿真模型，用于接受测试序列管理引擎的调度，在每一个仿真测试周期读取采集模块获取的最新数据，通过动力学仿真模型推算出航天器目前的状态，然后对比与目标位置和姿态的差异，输出航天器控制信号给部组件仿真模型，通过部组件仿真模型按照控制信号进行新的动作，进行姿态或位置调整，实现仿真测试的闭环控制；

算法模块，在采集模块和仿真模块的基础上实现，用于将通用的算法模块化，以提高软件成熟度，供后续调用；

存储模块，在采集模块和测试序列管理引擎的基础上实现，用于将采集到的数据进行存储，以供后续进行历史数据查询和分析。