CN202551032U - 一种可重构的星载设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可重构的星载设备，包括：业务处理通道、重构控制通道和星上主控单元，业务处理通道包括多个业务处理器、与每个业务处理器对应的存储器和AD/DA模块，每个业务处理器与存储器相连，业务处理器的输出端与AD/DA模块相连。重构控制通道包括重构控制处理器；重构控制处理器与业务处理器相连，用于在上电或工作过程中向业务处理器发送重配置信息，并接收由业务处理重构完成后返回的状态信息数据；星上主控单元与重构控制处理器相连，将从地面接收到的包含重配置信息的信息帧发送到重构控制处理器；将重构控制处理器从业务处理单元接收到的状态信息发送到地面。本实用新型给出了具有业务处理通道和重构控制通道的可重构星载设备组成方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可重构的星载设备。
背景技术
目前的星载设备基本上是针对特定的功能开发，卫星一旦发射，其处理方式和处理能力不能改变，而在实际应用随着任务需求的变化迫切希望卫星在发射之后还能根据需求的变化改变设备的功能。而星载设备在实现星上处理功能的基础上，加入了软件无线电的设计思想，使星上设备的硬件结构可以实现软件在轨重构加载。在相同的硬件平台上，通过上行注入和重新配置不同的软件程序，实现单板级和系统级的功能重构，适时的适应各种通信需求，而硬件无需作任何改动。
现有的关于软件无线电技术的研究主要体现在从功能上通过专用的控制电路控制对主处理器实施软件功能重构，例如文献“抗单粒子翻转的可重构卫星通信系统”分析了单粒子翻转对在轨卫星的严重影响和主要的防护方法，提出了一种遵循软件无线电思想的可重构通信系统。在总控单元以及地面控制系统的监控下，可以实现对卫星平台单粒子翻转的检测和硬件的动态重构，有效地克服了单粒子翻转对卫星通信系统的影响，但文中未提到对重构配置信息的处理过程及硬件具体组成功能的描述；文献“低轨卫星可重构通信系统设计”载荷通信单元按照“软件无线电”技术设计思路，主要信号处理单元将由数字基带部分完成，有效载荷的构成采用模拟数字混合式设计，基带部分与各模式RF前端电路间采用统一接口。针对数字基带部分可重构要求，采用业界重构性能优越的FPGA作主体，DSP辅助处理的架构。FPGA通过扩展存储器接口与DSP连接作为其下位机使用。FPGA可负责解扩解码和调制解调处理，DSP芯片可负责高层次MAC层、网络层的调度(如链路信道分配和控制，通信编解 码信号控制等)。未对重构控制电路进行详细描述，同时对重构控制电路和基带电路的相互关系未做过多的描述。所以该文章提到的重构系统的组成以及主要功能构成方式与本实用新型中的方法和结构存在不同；文献“‘软件星’在快速响应空间中的应用”介绍了一些模块化的硬件平台的一些基本思路，但并没有硬件的具体实现构成信息。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是：提供了一种可重构的星载设备，给出了具有业务处理通道和重构控制通道两个独立通道的可重构星载设备组成方案。
本实用新型的技术解决方案是：
一种可重构的星载设备，包括：业务处理通道、重构控制通道和星上主控单元，所述业务处理通道包括多个业务处理器、与每个业务处理器相对应的存储器和AD/DA模块，所述的每个业务处理器与存储器相连，所述业务处理器的输出端与AD/DA模块相连；
所述重构控制通道包括重构控制处理器；重构控制处理器与所述业务处理器相连，用于在上电或工作过程中向业务处理器发送重配置信息，并接收由业务处理重构完成后返回的状态信息数据；
所述星上主控单元与重构控制处理器相连，将从地面接收到的包含重配置信息的信息帧并发送到重构控制处理器；并将重构控制处理器从业务处理单元接收到的状态信息发送到地面。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
1、对于可重构星载设备而言，星地之间的重构配置信息的正确可靠传输是重构的基础。高速无误码的传输配置信息，对信号传输技术提出了较大的挑战。本实用新型星地之间存在专用的配置信息上传通道，通过特定的协议逐帧上传信息帧，星上主控单元接收信息帧并对帧进行解析校验，可以有效提高配置信息传输的速率和可靠性；
2、本实用新型对重构控制处理器的硬件构成和功能以及重构处理流程进行 了详细的说明，且重构控制通道和主业务处理通道独立工作，互不影响，重构控制通道根据地面控制，在适当的时机对主业务处理器进行功能重构，避免了卫星功能的中断或紊乱。
附图说明
图1为本实用新型示意图；
图2为本实用新型流程图。
具体实施方式
下面就结合附图对本实用新型做进一步介绍。
本发明所述的可重构的星载设备如图1所示，它将星载设备分为业务处理通道和重构控制通道，分别利用业务处理通道和重构控制通道可以实现业务数据和配置数据可以分开处理。
其中，业务处理器上电后接受重构控制通道的控制，从与每个业务处理器相对应的存储器中读取程序，将存储器中程序数据读到内部RAM中，执行RAM中的程序数据后，即可处理相应业务数据；业务数据经AD/DA模块完成高速AD转换；同时，业务处理器接收重构控制通道发出重配置信息，重构自身功能，并回传重构状态信息给重构控制处理器。
重构控制通道中的重构控制处理器，接收来自星上主控单元发送的重构控制指令，完成配置数据帧的接收及解析，提取出需配置的信息，并将提取出的配置信息逐次写进与重构控制处理器相连的外部存储器中备用或者直接将配置信息发给主业务处理器进行功能重构。主业务处理器将新的配置信息载入内部RAM中，再通过外部时序的控制使其加载RAM中新的配置信息，完成重新配置过程，同时重构控制通道实时监测重构过程，将重构完成后的状态信息回传给星上主控单元。
主业务处理器重构完成后，即相当于对其下载了新的程序，这样就完成了一次软件功能重构，星载处理设备可以处理新的业务。通过对主业务处理器的软件重构，还可以解决SRAM型FPGA的空间单粒子问题，当星上处理器因 为单粒子效应而工作不正常时，可通过传输配置数据对处理器进行软件功能重构，完成故障修复，使处理器恢复处理功能。
采用该可重构方法所设计的配置流程如图2所示，具体流程为：
步骤一：地面站通过专用通道向卫星发送功能重构指令，星上主控单元接收到指令后下传确认信息，形成星地握手；
步骤二：星地握手成功后地面站通过专用无线信道逐次上传配置信息帧到主控单元，主控单元接收并存储配置信息帧，并对整帧进行解校验，校验正确后进行帧解析，提取帧头信息，判断后将该信息帧送往重构控制通道；
步骤三：重构控制通道的控制器接收配置信息帧并对整帧进行解校验，校验正确后进行帧解析，解析完成后将配置数据存储在存储器中，同时将校验信息回传给星上主控单元；
步骤四：重构控制处理器根据接收到的重构指令，读取存储器中相应的配置数据，通过运行在重构控制处理器上的逻辑控制时序主动对主业务处理器进行重构加载；
步骤五：当所有配置信息帧中的内容都下载到主业务处理器后，主业务处理器自身重新运行新的配置信息，完成功能重构，并将重构状态信息回传给重构控制处理器；
步骤六：重构完成后，重构控制处理器检测业务处理通道中业务处理器的重构状态信息，并将检测结果返回给星上主控单元；主控单元通过专用通道将重构结果回传地面站，至此重构过程结束，主业务处理单元具有了新的业务处理功能。
综上所述，重构控制通道和主业务处理通道功能统计如表1所示：
表1处理器功能描述
实施例
本实用新型在设计中使用小规模、高可靠的处理器作为重构控制处理器，大规模处理器作为主业务处理器。系统上电后重构控制处理器通过控制逻辑为主业务处理器加载默认配置数据，然后重构控制处理器根据重构控制通道接收的重构指令和配置数据主动对主业务处理器进行重构加载控制。
重构控制处理器和主业务处理器采用FPGA芯片设计，具体重构过程为：
1.上电后作为重构控制处理器的FPGA对所有主业务处理通道中的FPGA[1:M]加载存储器[1:N]中存储的默认配置数据；
2.当有重构需求时，地面站向星上主控单元发送重构遥控指令，星上主控单元响应该遥控指令并将确认遥测信息发送给地面站，星地握手成功，地面站通过专用配置通道上传新的配置数据给主控单元，主控单元把新的配置数据传送到重构控制FPGA，重构控制FPGA根据主控单元的重构指令将数据写入到指定的存储器X(1＜X＜N)中；
3.重构控制FPGA再根据重构指令将存储器X中的新的配置数据通过重构逻辑加载到指定的主业务处理FPGA Y(1＜Y＜M)中进行重构配置；
4.重构控制FPGA首先对主业务处理FPGA Y的进行控制，使主业务处理FPGA准备接受配置数据；
5.主业务处理FPGA准备完成，则加载配置数据。如果配置数据加载成功；
6.完成配置数据的加载后，主业务处理FPGA进入根据加载的配置数据进入启动过程，主业务处理FPGA从加载状态转换为工作状态；
7.当主业务处理FPGA启动完成后，回传重构状态信息给重构控制FPGA， 重构控制FPGA检测到该状态信息后，返回重构成功的信号给星上主控单元，主控单元发送重构成功遥测信号给地面站；
至此在重构指令的控制下，重构控制FPGA通过读取存储器X中的数据，并根据重构控制逻辑将新的配置数据加载到主业务处理FPGA Y中，主业务处理FPGA Y可以执行新的功能，重构过程完毕。
本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (1)
1.一种可重构的星载设备，其特征在于包括：业务处理通道、重构控制通道和星上主控单元，所述业务处理通道包括多个业务处理器、与每个业务处理器相对应的存储器和AD/DA模块，所述的每个业务处理器与存储器相连，所述业务处理器的输出端与AD/DA模块相连；
所述重构控制通道包括重构控制处理器；重构控制处理器与所述业务处理器相连，用于在上电或工作过程中向业务处理器发送重配置信息，并接收由业务处理重构完成后返回的状态信息数据；
所述星上主控单元与重构控制处理器相连，将从地面接收到的包含重配置信息的信息帧发送到重构控制处理器；并将重构控制处理器从业务处理单元接收到的状态信息发送到地面。
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