CN203241881U

CN203241881U - 一种等效星载计算机系统

Info

Publication number: CN203241881U
Application number: CN 201320264750
Authority: CN
Inventors: 郝海生; 曹文军; 杨喜成; 孟令军; 张从宝; 张俐娟
Original assignee: Precision Measurement & Control Instrument (beijing) Co Ltd
Current assignee: Precision Measurement & Control Instrument (beijing) Co Ltd
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2023-05-15

Abstract

本实用新型提供一种等效星载计算机系统，该计算机系统整体设计为一机柜，该机柜内包含信号调理箱、控制器箱和电源，其中电源采用标准电源，用来为控制器箱和信号调理箱供电；所述信号调理箱用于调理所述系统中I/O接口线路的输入输出信号。本实用新型的有益效果是：系统采用了计算机重构技术，全面提高了星上设备的测试效率与效果；系统硬件能满足长时间可靠运行的要求；并且FPGA使得系统资源实现灵活的配置与重组，使用者可以获得足够多的开放性资源。

Description

一种等效星载计算机系统

技术领域：

本实用新型属于卫星控制领域，具体涉及一种等效星载计算机系统的组成。

背景技术：

星载计算机是控制分系统的重要部件，作为控制器，用于在卫星寿命期间完成卫星的姿态和轨道控制任务。等效星载计算机（等效器）模拟星载计算机部分功能，实现控制逻辑计算以及接口与部件的关系，为在地面测试星载计算机软件提供了充足的资源与测试手段。等效器尽可能采用实际的硬件资源，尽量与真实环境相同，因此，这种以硬件平台来实现的模拟比纯软件的仿真更具客观性，测试结果可信度更高，充分满足航天领域高可靠的要求。

星载计算机软件用于卫星姿态轨道的控制、平台与载荷之间以及星上与地面测控站之间的数据交互，是整个卫星的核心控制部件。星载计算机作为卫星的一个子系统与整个卫星系统的其它部件构成闭环系统运行，较少接受人工干预，而且工作环境相当恶劣，经常受到空间高能粒子的影响，软件的正确与否直接关系到系统的可靠性和试验的成败，因而该软件必须进行确认测试。

不同星载计算机系统的内部资源配置、使用方法以及外部功能单元的类型、通讯接口、通讯协议、控制接口等都不一样，差异性很大。作为硬件平台，等效器的设置需要正确地运行不同星载系统软件。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是在传统测试方案基础上结合目前星载计算机的特点，构建了基于星上总线协议的等效星载计算机系统，不仅具有安全性和可靠性，还具有充分的灵活性、开放性和扩展性，通过设备的配置，能够满足试验过程中的实际需要。

为实现上述目的，本实用新型提供一种等效星载计算机系统，该计算机系统整体设计为一机柜，该机柜内包含信号调理箱、控制器箱和电源，其中电源采用标准电源，用来为控制器箱和信号调理箱供电；

进一步地，所述信号调理箱用于调理所述系统中I/O接口线路的输入输出信号；

进一步地，所述调理箱深度为385mm，前面板的宽度为482mm，机箱高度为424mm；

进一步地，控制器箱包括控制器、显示器和I/O接口，其中控制器包括CPU板卡、总线底板和I/O板卡；

进一步地，CPU板卡上包括CPU处理器、FPGA、存储器和调试接口；

进一步地，系统时钟为10MHz或20MHz；

进一步地，存储器的控制信号接入FPGA；

进一步地，其中I/O板卡有四块，I/O1板卡实现所述等效星载计算机系统与太阳敏感器、地球敏感器、星敏感器以及太阳帆板的接口信号；I/O2板卡所述系统与实现飞轮和控制力矩陀螺的接口信号；I/O3板卡主要实现所述系统与光纤陀螺和UPS开关信号的接口信号；I/O4板卡主要实现所述系统与遥控遥测分系统的接口信号；

进一步地，所述总线底板上设置的是VME总线。

本实用新型的有益效果是：系统采用了计算机重构技术，继承了当今计算机的最新发展成果，创造性地开发出星上计算机等效器，全面提高了星上设备的测试效率与效果；系统硬件能满足长时间可靠运行的要求；为了保证多种星上软件顺利运行，系统在资源配置时使用了灵活的FPGA芯片，FPGA使得系统资源实现灵活的配置与重组，使用者可以获得足够多的开放性资源。

附图说明：

图1是本实用新型中的等效星载计算机系统的构成；

图2是本实用新型中的控制器箱结构图。

具体实施方式：

以下结合说明书附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，为了更接近实际星载计算机系统，以达到最真实的模拟效果，等效器采用了类似的硬件架构。

从总体上看，等效器整体设计为一个机柜，机柜内包含信号调理箱、控制器箱和电源。其中电源采用标准电源，用来为控制器和信号调理箱供电；PenTair机柜用于安装设备。

其中信号调理箱用于调理等效器I/O接口线路输入输出信号，使等效器的接口与星上部件完全匹配，同时通过电缆接点内部转接，满足多型号需求。该信号调理箱深度385mm，前面板的宽度为482mm，高度为424mm。通过前面板耳朵固定至机柜，所述前面板预留测试孔及指示灯，电源及输入输出线接口置于后面板。调理箱机箱采用氧化防静电处理，防止机箱带电，并且箱体可靠接地。调理箱与控制器箱用一对一电缆的直接连接，并且电缆有明确标识。

参见附图2，其中控制器箱是一个基于VME总线的计算机系统，内嵌有多种功能板卡；控制器箱用于模拟AOCC中OBC的单机功能，包括控制器、显示器和I/O接口，其中控制器包括CPU板卡、总线底板和I/O板卡。CPU板卡上设置有CPU处理器，CPU处理器可采用TSC695F处理器芯片，接口I/O为控制分系统各部件及整星其他分系统提供接口功能。

其中CPU板卡上的结构如表1所示：

CPU板卡设计采用芯片级的可重构技术。计算机重构技术的一个最重要的特性是使目标CPU和所有与它相关联的时间可以被支持与控制系统所控制，因此它可被用来创建一个具有真实功能系统软件测试环境。这种方案不仅有利于高度等效，而且还有利于增加可靠性、减少工作量、降低成本。

系统时钟可选定为10MHz，系统采用40M独立晶振，由FPGA分频得到10M时钟，通过FPGA可以将主频大范围调节，以满足实际测试所需。

存储器控制信号均被接入FPGA，根据不同的星上软件的memory和I/O配置，等效器可以作不同的调整（通过配置文件），包括地址分段重调整、插等待、时序调整等等。

总线底板上设置的是VME总线，VME标准总线是由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线，其主要特点是VME总线的信号线模仿Motorola公司生产的68000系列单片机信号线，由于其应用的广泛性被IEEE收为标准，即IEEE 1014-1987,其标准文件为VMEbus specification Rev C.1。VME总线的插板一般有两种尺寸，一种是3U高度的带一个总线接口J1，高*长为100mm*160mm，另一种是6U高度的带2个总线接口J1、J2，高*长为233mm*160mm。一般每块VME总线的插板上的接口J1、J2都有96针，每一个接口都是3排，按A、B、C排列，每排32针，J1一般用于直接与VME总线相连，J2的中间列用于扩展地址总线或数据总线，另外两列可由用户定义及I/O、磁盘驱动及其他外设等，因此VME总线已对未来的应用扩展预留了信号针，这也是VME总线将来可以灵活升级的原因。基于VME总线的等效器一般采用高强度机箱和底板来连接各功能模块。它具有高性能、并行性、实时性和高可靠性四大特点，模块结构具有良好的抗震性，抗冲击能力。

等效器通用I/O板卡具有与计算机总线进行通信控制和数据传输的功能：等效器CPU板卡和IO板卡直接通过32位数据线和地址线进行信号控制和传输；

通用I/O板卡与调理箱留有统一接口，星载计算机控制信号通过通用I/O板卡输出进行控制；通用I/O卡提供16路模拟量采集和8路模拟量输出信号:I/O板卡自带模数转换转换芯片进行模拟量采集；通用I/O板卡通过数据线与数字管理分系统（数管系统）进行通信：I/O板卡采用1553B协议芯片实现与数管分系统的通信，提供两路并行；通用I/O卡内置逻辑单元实现多个接口：I/O板卡使用逻辑器件（FPGA）编程，实现多种接口和逻辑功能（同步串口、异步串口、并口、遥控遥测、8254计数等）。

板卡可以有多个，在本实施例中为4个。其中I/O1板卡主要实现的接口有太阳敏感器、地球敏感器、星敏感器以及太阳帆板等信号；I/O2板卡主要实现飞轮和控制力矩陀螺接口信号；I/O3板卡主要实现光纤陀螺和UPS开关信号的接口；I/O4板卡主要实现遥控遥测接口信号。

在本实用新型中，等效器内部采用星上通用总线，板卡的设计按照功能进行模块划分，同时考虑信号流，使电缆连接关系简单；该等效器具有真实的等效计算机功能；其中控制器类型可灵活更换；控制器参数可以灵活进行配置，参数包括主频、程序存储器、RAM等，能根据需要等效计算机的实际状态进行设定；I/O端口可根据实际等效器状态进行配置；该等效器还能提供快捷的程序调试设备及软件环境。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种等效星载计算机系统，该计算机系统整体设计为一机柜，其特征在于，该机柜内包含信号调理箱、控制器箱和电源，其中电源采用标准电源，用来为控制器箱和信号调理箱供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号调理箱用于调理所述系统中I/O接口线路的输入输出信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调理箱深度为385mm，前面板的宽度为482mm，机箱高度为424mm。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，控制器箱包括控制器、显示器和I/O接口，其中控制器包括CPU板卡、总线底板和I/O板卡。

5.据权利要求4所述的系统，其特征在于，CPU板卡上包括CPU处理器、FPGA、存储器和调试接口。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，系统时钟为10MHz或20MHz。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，存储器的控制信号接入FPGA。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，其中I/O板卡有四块，I/O1板卡实现所述等效星载计算机系统与太阳敏感器、地球敏感器、星敏感器以及太阳帆板的接口信号；I/O2板卡所述系统与实现飞轮和控制力矩陀螺的接口信号；I/O3板卡实现所述系统与光纤陀螺和UPS开关的接口信号；I/O4板卡实现所述系统与遥控遥测分系统的接口信号。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总线底板上设置的是VME总线。