CN207884628U - 一种用于航天器的多模复接存储装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多模复接存储装置及系统，应用于卫星、无人机星载、机载测控数传设备，复接存储装置包含：数据源接口电路，用于接收外部输入多路数据；处理器电路，用于对复接存储装置的模式进行管理；现场可编程门阵列，用于对外部输入数据进行复接、存储、组帧和编码格式化处理；存储器电路，用于存储经现场可编程门阵列接收与处理的数据并供现场可编程门阵列读取回放。多模复接存储装置支持记录模式、实时模式、回放模式与混合模式，支持对外部多路数据的存储、实时下发，对存储数据按区、按地址或按时间回放，实现航空航天数据处理与传输系统功能高度集成，降低功耗与成本，支持多种工作模式，提高各类数据对地传输效能，具有极高的科研价值。

Description

一种用于航天器的多模复接存储装置及系统

技术领域

本实用新型属于测控通信领域，具体涉及一种多模复接存储装置及系统，可应用于卫星、无人机等星载、机载测控数传设备。

背景技术

随着电子通信技术与航空航天科学技术的发展，随之而来的各种航空航天任务对数据的处理和传输提出了更高的要求。除了传统的遥测数据以外，音频数据、视频数据、高速科学实验数据等的传输在越来越多的系统中被要求，如何利用有限的物理信息资源满足日益增长变化的航空航天数据源下的传输需求，并能够灵活地支持多种工作模式，实现各类航空航天数据高效对地传输，是实际工作中需要解决的问题。

航空航天飞行是一项高成本的任务，其中飞行器的重量、体积和功耗是决定成本的关键因素。而传统的航空航天数据处理与传输系统需要多个独立模块/单机完成数据的接收、存储、编码等任务，各个模块/单机各自独立，无法有效地实现多种工作模式的灵活调度，且多采用分立电子器件来实现逻辑功能，集成度低，造成系统的重量、体积和功耗均较大，无疑需要花费很大成本。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种多模复接存储装置。利用本实用新型，降低系统体积、功耗与成本，同时支持多种工作模式，提高各种可实现航空航天数据处理与传输系统功能高度集成类航空航天数据对地传输效能，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于航天器的多模复接存储装置，包括：

数据源接口电路1，用于接收外部输入多路数据；

处理器电路2，用于对所述复接存储装置的模式进行管理；

现场可编程门阵列3，用于对外部输入数据进行复接、存储、组帧和编码格式化处理；

存储器电路4，用于存储经所述现场可编程门阵列接收与处理的数据并供所述现场可编程门阵列读取回放。

优选地，所述数据源接口电路与外部数据源接口类型相适配，适配后数据发送给所述现场可编程门阵列。

优选地，所述处理器电路与所述现场可编程门阵列连接并通讯，向所述现场可编程门阵列发送指令与数据，控制所述复接存储装置的工作模式与存储状态，并读取所述现场可编程门阵列的状态寄存器监控所述复接存储装置的工作状态。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种多模复接存储装置，所述现场可编程门阵列包括如下模块：

处理器接口模块31，用于接收所述处理器电路的指令与数据并将接收指令转换为对应激励信号，将所述多模复接存储装置的状态值置于对应状态寄存器供所述处理器电路读取；

第一缓存模块32，用于缓存来自所述数据源接口电路的多路数据，供实时模式与混合模式下读取送入复接组帧模块进行复接组帧处理；

第二缓存模块33，用于缓存来自所述数据源接口电路的多路数据，供存储控制模块读取并记录于所述存储器电路；

第三缓存模块34，用于缓存存储控制模块读取的来自所述存储器电路记录的数据，供回放模式与混合模式下读取送入复接组帧模块进行复接组帧处理；

存储控制模块35，用于控制所述存储器电路的读、写和擦除数据操作；

复接组帧模块36，用于根据缓存数据量大小与数据源优先级读取来自第一缓存模块与第三缓存模块中缓存的数据，根据帧格式要求对读取数据组帧，当缓存数据量不满足组一帧条件时组空闲帧；以及

信道编码模块37，用于对组帧后数据进行信道编码。

优选地，还包括存储器电路模块38，所述存储器电路模块至少基于 NAND FLASH芯片，根据存储量大小需求与存储数据写入速率要求可配置 1片或多片所述NAND FLASH芯片。

优选地，本实用新型还提供一种多模复接存储系统，包括：

一个或多个卫星或无人机：其用于各种航空航天数据的传输；

一个或多个如多模复接存储装置：其用于提高航空航天数据对地传输效能；

一个或多个接收服务器：其用于接收来自存储装置的航空航天数据，其中，一个或多个卫星或无人机装配所述多模复接存储装置，所述多模复接存储装置通过射频通道及天线将数据无线传输给接收服务器。

本实用新型解决了传统航天航空数据处理与传输系统集成度低、模式单一，重量、体积和功耗大的问题，利用本实用新型，可实现飞行器数据处理与传输系统的高度集成，在单板上集成了多路数据源接收缓存、数据组帧复接、数据存储回放与信道编码等功能，并支持记录模式、实时模式、回放模式与混合模式等多种工作模式，提高各类航空航天数据对地传输效能，具有极高的科研价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本实用新型的具体实施方式的，一种用于航天器的多模复接存储装置的多模复接装置组成框图；

图2示出了本实用新型的第一实施例的，一种用于航天器的多模复接存储装置中现场可编程门阵列的模块原理图；以及

图3示出了本实用新型的第二实施例的，一种用于航天器的多模复接存储装置的传输拓扑图。

具体实施方式

为了更好的使本实用新型的技术方案清晰地表示出来，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1示出了本实用新型的具体实施方式的，一种用于航天器的多模复接存储装置的多模复接装置组成框图，包括：

本领域技术人员理解，所述多模复接存储装置包括数据源接口电路，用于接收外部输入多路数据，根据复接存储装置所应用的具体系统，外部数据源的个数与接口类型也不尽相同。常用的低速接口包括TTL、 RS232、RS422等，高速接口包括LVDS、TLK2711等，所述数据源接口电路根据数据源接口类型使用相应的接口芯片与电路与之相适配，接口电路输出现场可编程门阵列的IO口能够识别的信号进入现场可编程门阵列进行后续处理，所述数据源接口电路与外部数据源接口类型相适配，适配后数据送入所述现场可编程门阵列。

进一步地，所述多模复接存储装置还包括处理器电路，用于对所述复接存储装置的模式进行管理，所述处理器电路一般由处理器与片外存储芯片等组成，目前，常用的处理器有ARM、DSP、单片机等，根据对处理能力的要求可以选择相应的处理器，处理器的功能主要包括：1、上位机通信，接收上位机的指令与数据，将所述复接存储装置的状态量反馈给上位机；2、存储管理，管理所述复接存储装置的工作模式，可实现实时模式、回放模式、记录模式与混合模式，支持存储分区功能；3、现场可编程门阵列接口，读、写现场可编程门阵列，获取状态、遥测信息，发送指令，所述处理器电路与所述现场可编程门阵列互连，向所述现场可编程门阵列发送指令与数据控制所述复接存储装置的工作模式与存储状态，并读取所述现场可编程门阵列的状态寄存器监控所述复接存储装置的工作状态。

进一步地，所述多模复接存储装置还包括现场可编程门阵列，用于对外部输入数据进行复接、存储、组帧和编码格式化处理，根据现场可编程门阵列功能模块消耗的硬件资源大小、工作时钟频率与应用环境等因素，所述现场可编程门阵列可以选用目前主流的现场可编程门阵列生产厂家的芯片，如Xilinx、Altera和Microsemi公司的现场可编程门阵列芯片，根据选用现场可编程门阵列芯片的类型，需要配以相应的现场可编程门阵列配置电路并选取满足工作环境的程序加载方式。

进一步地，所述多模复接存储装置还包括存储器电路，用于存储经所述现场可编程门阵列接收与处理的数据并供所述现场可编程门阵列读取回放，根据存储量大小需求与存储数据写入速率要求可配置1片或多片NAND FLASH芯片，由于NAND FLASH芯片中不可避免地存在坏块，因此需要一片存储芯片存储NAND FLASH芯片的坏块信息，供所述现场可编程门阵列中所述存储控制模块进行判读识别，当所述存储控制模块执行读、写、擦操作时从坏块存储芯片中检测到当前块为坏块时，则跳转到下一个好块执行操作，可选用MRAM、NORFLASH、EEPROM等常用存储介质作为坏块存储芯片。

图2示出了本实用新型的第一实施例的，一种用于航天器的多模复接存储装置中现场可编程门阵列的模块原理图，本领域技术人员理解，本实用新型提供了一种多模复接存储装置，所述现场可编程门阵列包括如下模块：

处理器接口模块31，用于接收所述处理器电路的指令与数据并将接收指令转换为对应激励信号，将所述多模复接存储装置的状态值置于对应状态寄存器供所述处理器电路读取，当处理器电路通过总线将现场可编程门阵列中回放模式对应的寄存器设置打开回放模式的数值，并将回放的起始地址与结束地址置入相应的寄存器，此时，现场可编程门阵列中回放状态寄存器的值由0变为1，回放模式对应的信号线电平变为高电平，在该信号线的驱动下，所述存储器控制模块的读NAND FLASH功能启动工作，将NAND FLASH中所述处理器电路置入的起始地址至结束地址间的数据读出，当数据读取完毕后，将现场可编程门阵列中回放状态寄存器的值置为0(表示回放结束)，所述处理器电路读取到该状态后，确认本次回放模式执行完毕。

进一步地，所述现场可编程门阵列还包括第一缓存模块32，用于缓存来自所述数据源接口电路的多路数据，供实时模式与混合模式下读取送入复接组帧模块进行复接组帧处理，所述第一缓存模块中缓存器数量与数据源数目一致，在实时模式下，来自外部数据源的数据进入其对应的缓存器缓存，当缓存器中缓存的数据量满足组成一帧的条件时，所述复接组帧模块将该缓存器中数据读出(一次读取一帧的数据量)，若多个缓存器中缓存的数据量同时满足组成一帧的条件时，则根据优先级依次读取对应的缓存器中数据，为了防止缓存器溢出，缓存器需要具备一定的深度且读取速率须大于写入速率。

进一步地，所述现场可编程门阵列还包括第二缓存模块33，用于缓存来自所述数据源接口电路的多路数据，供存储控制模块读取并记录于所述存储器电路，所述第二缓存模块中缓存器数量与数据源数目一致，来自外部数据源的数据进入其对应的缓存器缓存，当缓存器中缓存的数据量满足NAND FLASH一页大小的条件时，所述存储器控制模块将该缓存器中数据读出(一次读取一页的数据量)，若多个缓存器中缓存的数据量同时满足NANDFLASH一页数据量的条件时，则根据优先级依次读取对应的缓存器中数据，为了防止缓存器溢出，缓存器需要具备一定的深度且读取速率须大于写入速率。

进一步地，所述现场可编程门阵列还包括第三缓存模块34，用于缓存存储控制模块读取的来自所述存储器电路记录的数据，供回放模式与混合模式下读取送入复接组帧模块进行复接组帧处理，所述第三缓存模块包含一块缓存器，在回放模式下，来自NAND FLASH的数据进入该缓存器缓存，当缓存器中缓存的数据量满足组成一帧的条件时，所述复接组帧模块将该缓存器中数据读出(一次读取一帧的数据量)，为了防止缓存器溢出，缓存器需要具备一定的深度且读取速率须大于写入速率。

进一步地，所述现场可编程门阵列还包括存储控制模块35，用于控制所述存储器电路的读、写和擦除数据操作，当所述处理器电路开启记录模式时，所述存储器控制模块进入写NAND FLASH状态，读取所述第二缓存模块数据并将数据写入NAND FLASH；当所述处理器电路开启回放模式时，所述存储器控制模块从起始地址开始以页为单位读取NAND FLASH数据并将数据写入所述第三缓存模块，直至读取到结束地址；当所述处理器电路开启NANDFLASH擦除数据时，所述存储器控制模块从起始地址开始以块为单位擦除NAND FLASH数据，直至擦除到结束地址，为了提高数据存储的可靠性，所述存储控制模块可在数据写入NANDFLASH前对数据进行纠错编码，可选的编码方式有BCH码、RS码、奇偶校验码等，并在存储数据读出NAND FLASH后对数据进行纠错译码。

进一步地，所述现场可编程门阵列还包括复接组帧模块36，用于根据缓存数据量大小与数据源优先级读取来自第一缓存模块与第三缓存模块中缓存的数据，根据帧格式要求对读取数据组帧，当缓存数据量不满足组一帧条件时组空闲帧，以保证数据的连续性，在实时模式下，所述复接组帧模块仅读取所述第一缓存模块的数据；在回放模式下，所述复接组帧模块仅读取所述第三缓存模块的数据；在混合模式下，所述复接组帧模块既可读取所述第一缓存模块的数据，也可读取所述第三缓存模块的数据。

进一步地，所述现场可编程门阵列还包括信道编码模块37，用于对组帧后数据进行信道编码，编码方式根据链路需求与实现复杂度等约束可选取卷积编码、LDPC码、级联码等常用信道编码方式。

进一步地，还包括存储器电路38，所述存储器电路至少基于NAND FLASH芯片，根据存储量大小需求与存储数据写入速率要求可配置1片或多片所述NAND FLASH芯片，由于NAND FLASH芯片中不可避免地存在坏块，因此需要一片存储芯片存储NAND FLASH芯片的坏块信息，供所述现场可编程门阵列中所述存储控制模块进行判读识别，当所述存储控制模块执行读、写、擦操作时从坏块存储芯片中检测到当前块为坏块时，则跳转到下一个好块执行操作，可选用MRAM、NOR FLASH、EEPROM等常用存储介质作为坏块存储芯片。

本领域技术人员理解，各模块的功能的实现可以是硬件、由处理器执行的软件或者二者的组合。具体地，如果通过软件模块实现，可将预先的程序烧录到所述处理器中，或者将软件安装到预置的系统中；如果通过硬件实现，则可利用现场可编程门阵列(FPGA)将对应的功能固定化实现。

进一步地，所述软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、硬盘、或本领域已知的任何其他形式的存储介质。通过将所述存储介质耦接至处理器，从而使所述处理器能够从所述存储介质中读取信息，并且可以向所述存储介质写入信息。作为一种变化，所述存储介质可以是处理器的组成部分，或者所述处理器和所述存储介质均位于专用集成电路(ASIC)上。

进一步地，所述硬件可以是能够实现具体功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA) 或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件或以上这些硬件的组合。作为一种变化，还可以通过计算设备的组合实现，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、与DSP通信结合的一个或者多个微处理器的组合等。

图3示出了本实用新型的第二实施例的，一种用于航天器的多模复接存储装置的传输拓扑图，包括：

本领域技术人员理解，如图3所示，在所述传输拓扑图中，包括一个或多个卫星或无人机：其用于各种航空航天数据的传输，所述一个或多个卫星或无人机将遥测数据、音频数据、视频数据、高速科学实验数据等多种数据进行收集并传输至多模复接存储装置。

进一步地，传输拓扑图还包括所述一个或多个多模复接存储装置，所述多模复接存储装置的具体模块连接以及具体实施方式可以参考图1 至图2中示出的优选实施例，所述多模复接存储装置用于提高航空航天数据对地传输效能，一个或多个卫星或无人机传输的数据通过数据源接口电路进行接收并发送至现场可编程门阵列，现场可编程门阵列分别与处理器电路和存储器电路进行互通，并支持记录模式、实时模式、回放模式与混合模式等多种工作模式，再将编码进行输出。

进一步地，传输拓扑图还包括一个或多个接收服务器，其用于接收来自存储装置的航空航天数据，多模复接存储装置将数据编码通过射频通道及天线将数据无线传输至接收服务器，所述接收服务器可根据接收数据进行多种操作，如记录模式、实时模式、回放模式与混合模式等多种工作模式下的各种数据提取，其中，一个或多个卫星或无人机连接所述多模复接存储装置，所述多模复接存储装置通过射频通道及天线无线连接所述接收服务器。

Claims (6)

1.一种用于航天器的多模复接存储装置，其特征在于，包括：

数据源接口电路(1)，用于接收外部输入多路数据；

处理器电路(2)，用于对所述复接存储装置的模式进行管理；

现场可编程门阵列(3)，用于对外部输入数据进行复接、存储、组帧和编码格式化处理；

存储器电路(4)，用于存储经所述现场可编程门阵列接收与处理的数据并供所述现场可编程门阵列读取回放。

2.根据权利要求1所述的多模复接存储装置，其特征在于，所述数据源接口电路与外部数据源接口类型相适配，适配后数据发送给所述现场可编程门阵列。

3.根据权利要求1所述的多模复接存储装置，其特征在于：所述处理器电路与所述现场可编程门阵列连接并通讯，向所述现场可编程门阵列发送指令与数据，控制所述复接存储装置的工作模式与存储状态，并读取所述现场可编程门阵列的状态寄存器监控所述复接存储装置的工作状态。

4.根据权利要求1所述的多模复接存储装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列包括如下模块：

处理器接口模块(31)，用于接收所述处理器电路的指令与数据并将接收指令转换为对应激励信号，将所述多模复接存储装置的状态值置于对应状态寄存器供所述处理器电路读取；

第一缓存模块(32)，用于缓存来自所述数据源接口电路的多路数据，供实时模式与混合模式下读取送入复接组帧模块进行复接组帧处理；

第二缓存模块(33)，用于缓存来自所述数据源接口电路的多路数据，供存储控制模块读取并记录于所述存储器电路；

第三缓存模块(34)，用于缓存存储控制模块读取的来自所述存储器电路记录的数据，供回放模式与混合模式下读取送入复接组帧模块进行复接组帧处理；

存储控制模块(35)，用于控制所述存储器电路的读、写和擦除数据操作；

复接组帧模块(36)，用于根据缓存数据量大小与数据源优先级读取来自第一缓存模块与第三缓存模块中缓存的数据，根据帧格式要求对读取数据组帧，当缓存数据量不满足组一帧条件时组空闲帧；以及

信道编码模块(37)，用于对组帧后数据进行信道编码。

5.根据权利要求1所述的一种多模复接存储装置，还包括存储器电路模块(38)，其特征在于：所述存储器电路模块至少基于NAND FLASH芯片，根据存储量大小需求与存储数据写入速率要求可配置1片或多片所述NAND FLASH芯片。

6.一种用于航天器的多模复接存储系统，其特征在于，包括：

一个或多个卫星或无人机：其用于各种航空航天数据的传输；

一个或多个如权利要求1至5所述的多模复接存储装置：其用于提高航空航天数据对地传输效能；

一个或多个接收服务器：其用于接收来自存储装置的航空航天数据，其中，一个或多个卫星或无人机装配所述多模复接存储装置，所述多模复接存储装置通过射频通道及天线将数据无线传输给接收服务器。