CN1983197A - 在轨可动态重构的星载数据处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种在轨可动态重构的星载数据处理系统，以高性能大容量的FPGA为核心，通过智能配置单元对FPGA进行动态配置，将FPGA配置成星载数据处理系统，实现星载数据处理系统的在轨硬件维修，功能变更或性能提高等。本发明可以在航天飞行器在轨运行期间实现星载数据处理系统的动态重构，在需要改变功能、提高性能或是出现故障时，可以通过在轨重配置方式进行功能改变、性能提高或是故障修复。从而克服了航天飞行器发射升空后电子设备无法维修的缺点。

Description

在轨可动态重构的星载数据处理系统
技术领域
本发明涉及一种数据处理系统，特别是一种应用于航天领域，尤其是应用于航天星载数据处理的在轨可动态重构的星载数据处理系统。
背景技术
卫星是一种高成本、高风险的产品。目前的星载数据处理系统在卫星发射升空后，其电子设备一般来说是不能进行物理升级和维修的，因此，一旦电子设备出现故障，整个卫星将会失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种为了改变星载数据处理系统在空间应用的灵活性并延长其寿命，可以在空间环境下对星载数据处理系统实现在轨的动态可重构的在轨可动态重构的星载数据处理系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种在轨可动态重构的星载数据处理系统，包含星载数据处理系统中的FPGA的若干配置存储器与FPGA，其特征在于：在所述FPGA的若干配置存储器与FPGA之间增加一可以对FPGA的若干配置存储器进行实时的检纠错，并在重启动时或动态地对FPGA进行下载的智能配置单元。
在本发明中，考虑到当FPGA出现错误时不能与地面通信的情况，在智能配置单元中增加二路与地面进行通信的通信接口，一路为地面对FPGA进行配置的上行通信接口；另一路为地面提供当前FPGA的运行状态，同时可以提供当前配置存储器中信息以供地面分析的下行接口；所述上行接口和下行接口可分别接一USB接收机和USB发送机。
在本发明的智能配置单元中设定一可动态下载FPGA的定时器，当该定时器的指针指零时，智能配置单元对FPGA进行重新配置。
本发明采用大容量高速FPGA来构成星载数据处理系统的核心，可以在空间环境下对星载数据处理系统实现在轨的动态可重构，这样可以在发射后改变星载数据处理系统的应用，也可以对其进行升级。例如，原来的星载数据处理系统主要的功能为信号处理，由于空间的应用需要，需要一个嵌入式处理器来参与控制，那么就可以在数据处理系统的FPGA内部实现一个嵌入式处理器，如智能配置单元。当参与完控制过程后，又可以将数据处理系统的功能还原为信号处理。如果数据处理系统中的FPGA在空间上某一部分电路出现发永久性故障，那么也可以对FPGA进行动态重构，绕过出现故障的电路，仍然可以完成当前数据处理系统的所完成的功能，这样将会提高星载数据处理系统的抗干扰能力，使得该系统在空间中的寿命得到加强。
本发明可以在航天飞行器在轨运行期间实现星载数据处理系统的动态重构，在需要改变功能、提高性能或是出现故障时，可以通过在轨重配置方式进行功能改变、性能提高或是故障修复。从而克服了航天飞行器发射升空后电子设备无法维修的缺点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明在轨可动态重构的星载数据处理系统的模块示意图。
图2为本发明在轨可动态重构的星载数据处理系统的FPGA动态配置流程图。
图3为本发明在轨可动态重构的星载数据处理系统地面读取FPGA配置寄存器的流程图。
具体实施方式
参看图1，一种在轨可动态重构的星载数据处理系统，包含星载数据处理系统中的FPGA若干配置存储器与FPGA，  在星载数据处理系统中的FPGA若干配置存储器与FPGA之间外加一个智能配置单元，此智能配置单元可以对FPGA的配置存储器进行实时的检纠错，在重启动时对FPGA进行下载，也可以动态地对FPGA下载。
考虑到当FPGA出现错误时不能与地面通信，需要在智能配置单元中加入二路与地面的通信接口，一路为上行接口，主要的功能是地面对FPGA进行配置，配置流程图见附图2。
另一路为下行接口，主要的功能是为地面提供当前FPGA的运行状态，同时可以提供当前配置存储器中信息以供地面分析，下行接口流程示意图见附图3。
在智能配置单元内部设定一个定时器，地面用户可以将数据通过智能控制单元先下载到FPGA的配置存储器，并设定一个动态下载FPGA的定时器，当定时器的指针指零时，此时智能单元对FPGA进行重新配置。
由于对智能配置单元的实时性要求不高，本具体实施方式中采用8031单片机作为智能配置单元的管理处理器，8031一端通过8位并行接口与FPGA的配置寄存器相联(如图1所示)，另一端也是通过8位并行接口与FPGA相联。同时8031还要有与地面的二路通信接口，就是USB的接收机与发送机通过串口与8031相连。当地面要配置FPGA时(如图2所示)，8031首先利用串口从USB接收机中把数据接收到FPGA的配置寄存器中。当数据接收完毕后，判断地面发送的指令是要立即下载还是要定时下载，若需要定时下载，再从地面接收一串数据进入定时器并开启定时器，当定时器指零时对FPGA进行重启与下载操作，或不需要定时下载，那么直接对FPGA进行重启与下载操作。当地面站要读取当前FPGA内容或是FPGA配置存储器的内容时，那么地面站首先要向8031发送读取指令，并指明是要读取当前的FPGA内容还是要读取FPGA配置存器的内容。若是读取FPGA内容(如图3所示)，8031此时要通过并行接口将FPGA的内容读取出来并送到USB发送机中，当将FPGA内容读取完成后向地面发送读取结束指令并等待地面的应答指令，若接收到地面站的应答指令则认为读FPGA当前内容的过程成功完成，若是没有接收到地面应答指令并超时退出，证明读FPGA当前内容的过程失败，失败后的处理可是重新读取，也可以是停止当前操作，具体选用哪种措施视具体需求而定。读取FPGA配置寄存器内容的操作与读当前FPGA内容操作类似，只是将FPGA当前内容换成FPGA配置寄存器的内容即可。除了与地面站传送数据和对FPGA下载或读取操作时，8031是处于空闲状态的，在空闲状态时8031要对FPGA的配置存储器进行检纠错操作。
当然，对于本领域的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施例的基础上能够作多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是，上述各种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (4)

1、一种在轨可动态重构的星载数据处理系统，包含星载数据处理系统中的FPGA的若干配置存储器与FPGA，其特征在于：在所述FPGA的若干配置存储器与FPGA之间增加一可以对FPGA的若于配置存储器进行实时的检纠错，并在重启动时或动态地对FPGA进行下载的智能配置单元。
2、如权利要求1所述的在轨可动态重构的星载数据处理系统，其特征在于：在智能配置单元中增加二路与地面进行通信的通信接口，一路为地面对FPGA进行配置的上行通信接口；另一路为地面提供当前FPGA的运行状态，同时可以提供当前配置存储器中信息以供地面分析的下行接口；所述上行接口和下行接口可分别接一USB接收机和USB发送机。
3、如权利要求1所述的在轨可动态重构的星载数据处理系统，其特征在于：在所述智能配置单元中设定一可动态下载FPGA的定时器，当该定时器的指针指零时，智能配置单元对FPGA进行重新配置。
4、如权利要求1至3任一项权利要求所述的在轨可动态重构的星载数据处理系统，其特征在于：采用8031单片机作为智能配置单元的管理处理器，8031单片机一端通过8位并行接口与FPGA的若干配置存储器相联，另一端也是通过8位并行接口与FPGA相联；同时8031单片机还具有二路通信接口，所述USB的接收机与USB发送机通过串口分别与8031单片机的二路通信接口相连。
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