通用全數(shù)字星務(wù)仿真平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星物理目標(biāo)機(jī)和星務(wù)數(shù)據(jù)流的仿真與驗(yàn)證，具體地，涉及一種通用全數(shù)字星務(wù)仿真平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星平臺(tái)上，星務(wù)分系統(tǒng)控制整星信息流調(diào)度與處理，數(shù)據(jù)流的接受和發(fā)送時(shí)序控制，主要包括實(shí)時(shí)遙測(cè)采集與組幀、遙控?cái)?shù)據(jù)接收處理、時(shí)間管理、載荷控制、安全管理等功能，星務(wù)分系統(tǒng)是衛(wèi)星信息控制系統(tǒng)的中樞，其運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性決定了整個(gè)衛(wèi)星任務(wù)的成敗。為了開(kāi)發(fā)穩(wěn)定可靠的星務(wù)分系統(tǒng)，仿真技術(shù)在航天領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
[0003]星務(wù)分系統(tǒng)主要由數(shù)管計(jì)算機(jī)單機(jī)和數(shù)管應(yīng)用軟件兩部分組成。在衛(wèi)星研制過(guò)程中，由于星務(wù)計(jì)算機(jī)研制過(guò)程復(fù)雜，試驗(yàn)測(cè)試繁多，同時(shí)受到需求變更等因素的影響，導(dǎo)致數(shù)管計(jì)算機(jī)研制周期長(zhǎng)，從而使得數(shù)管應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)周期被壓縮，軟件調(diào)試和測(cè)試得不到充分保證。另一方面，某些故障測(cè)試及驗(yàn)證在真實(shí)計(jì)算機(jī)中無(wú)法模擬，或者風(fēng)險(xiǎn)較大，有可能會(huì)對(duì)數(shù)管計(jì)算機(jī)造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。再者，衛(wèi)星發(fā)生升空后，由于其不可維修性，不能對(duì)星上故障重現(xiàn)并驗(yàn)證解決方案。全數(shù)字仿真平臺(tái)可以模擬星務(wù)系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，不僅可以提高星務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，同時(shí)在其驗(yàn)證過(guò)程中具備及其重要的作用。
[0004]目前，在航天領(lǐng)域中，尤其是衛(wèi)星星務(wù)研發(fā)領(lǐng)域，仿真領(lǐng)域的應(yīng)用軟件種類繁多，均存在一些普遍的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下方面:
[0005]1、不用型號(hào)根據(jù)各自需求獨(dú)立設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)的仿真軟件兼容性差，造成資源的浪費(fèi)；
[0006]2、各個(gè)仿真系統(tǒng)針對(duì)某一特定需求開(kāi)展設(shè)計(jì)，功能單一，不能對(duì)多種功能進(jìn)行仿真；
[0007]3、仿真系統(tǒng)間架構(gòu)差別大，移植性差，協(xié)同仿真能力有待加強(qiáng)；
[0008]4、仿真系統(tǒng)中，軟硬件混搭，接口復(fù)雜，耦合性過(guò)大，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度大。
[0009]為了提高星務(wù)系統(tǒng)的研制效率，增強(qiáng)其可靠性，提供一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，對(duì)星務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行功能全面、通用性強(qiáng)、仿真度高的仿真系統(tǒng)變得迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在衛(wèi)星科研和生產(chǎn)過(guò)程中，為了解決硬件產(chǎn)品交付周期長(zhǎng)、系統(tǒng)需求變動(dòng)大、可靠性安全性要求高的問(wèn)題，針對(duì)以往仿真軟件的缺陷，從而提供了一種通用的全數(shù)字星務(wù)仿真平臺(tái)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)星上計(jì)算機(jī)、交互通信設(shè)備等模擬仿真；能夠?qū)崿F(xiàn)整星數(shù)據(jù)流、信息流、控制流的全面閉環(huán)仿真，包括遙控上行數(shù)據(jù)和遙測(cè)下行數(shù)據(jù)；能夠進(jìn)行數(shù)管應(yīng)用軟件的調(diào)試，包括目標(biāo)代碼的加載，周期性任務(wù)的維護(hù)，串口數(shù)據(jù)的監(jiān)視等；能夠?qū)崿F(xiàn)軟件代碼的測(cè)試和驗(yàn)證，通過(guò)提供斷點(diǎn)、寄存器監(jiān)視、覆蓋率統(tǒng)計(jì)等工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)代碼的全面測(cè)試和確認(rèn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明提供的通用全數(shù)字星務(wù)仿真平臺(tái)，包括CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、調(diào)度控制模塊、總線及通信模塊、應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、遙控終端、遙測(cè)處理顯示模塊以及遠(yuǎn)置終端;
[0012]其中，所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、所述調(diào)度控制模塊、所述應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、所述遙控終端、所述遙測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)顯示模塊以及所述遠(yuǎn)置終端均連接所述總線及通信模塊；
[0013]所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊用于虛擬數(shù)管計(jì)算機(jī)的組成和功能，運(yùn)行待測(cè)試數(shù)管應(yīng)用軟件；
[0014]所述調(diào)度控制模塊用于虛擬控制，具體為CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、調(diào)度控制模塊、總線及通信模塊、應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、遙控終端、遙測(cè)處理顯示模塊以及遠(yuǎn)置終端之間的時(shí)序控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和運(yùn)行控制；
[0015]所述總線及通信模塊用于虛擬總線模塊；
[0016]所述應(yīng)用軟件測(cè)試模塊用于虛擬對(duì)外提供接口 ；
[0017]所述遙控終端用于根據(jù)不同的遙控注數(shù)及指令需求，提供統(tǒng)一遙控格式的注數(shù)包并產(chǎn)生校驗(yàn)結(jié)果；
[0018]所述遙測(cè)處理顯示模塊用于接收待測(cè)試數(shù)管應(yīng)用軟件周期性生成的遙測(cè)數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)遙測(cè)原碼處理公式，將原碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字量遙測(cè)；
[0019]所述遠(yuǎn)置終端用于模擬總線下位機(jī)。
[0020]優(yōu)選地，所述時(shí)序控制具體為，CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、調(diào)度控制模塊、總線及通信模塊、應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、遙控終端、遙測(cè)處理顯示模塊以及遠(yuǎn)置終端之間的時(shí)序、節(jié)拍控制和仿真協(xié)同；
[0021]所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，具體為，維護(hù)各模塊間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，完成通信數(shù)據(jù)的類型識(shí)另U、路由控制、收發(fā)中轉(zhuǎn)；
[0022]所述運(yùn)行控制，具體為，CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、調(diào)度控制模塊、總線及通信模塊、應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、遙控終端、遙測(cè)處理顯示模塊以及遠(yuǎn)置終端的暫停、運(yùn)行、停止的同步控制和仿真速度的控制。
[0023]優(yōu)選地，所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊虛擬目標(biāo)機(jī)處理器，具體為仿真通用定時(shí)器，看門(mén)狗定時(shí)器，通用異步串行口(UART)，內(nèi)存控制器，異常和中斷處理方法及寄存器。
[0024]優(yōu)選地，所述總線及通信模塊虛擬總線模塊，具體為對(duì)RS232總線、RS422總線、MIL-STD-1553總線進(jìn)行仿真。
[0025]優(yōu)選地，所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊虛擬數(shù)管計(jì)算機(jī)的組成，具體為，模擬CPU、可編程只讀存儲(chǔ)器PR0M、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM和寄存器組。
[0026]優(yōu)選地，CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、調(diào)度控制模塊、應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、遙控終端、遙測(cè)處理顯示模塊與總線及通信模塊間通過(guò)TCP/IP協(xié)議和UDP數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；所述時(shí)序控制具體為，CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、調(diào)度控制模塊、總線及通信模塊、應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、遙控終端、遙測(cè)處理顯示模塊以及遠(yuǎn)置終端間采用事件隊(duì)列機(jī)制進(jìn)行時(shí)序節(jié)拍控制和協(xié)同仿真。
[0027]優(yōu)選地，所述總線及通信模塊根據(jù)1553B總線的高層通信協(xié)議和串口數(shù)據(jù)收發(fā)協(xié)議，采用TCP/IP協(xié)議，模擬實(shí)現(xiàn)總線和串口中的消息和控制指令。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0029]1、本發(fā)明模擬的目標(biāo)機(jī)與物理單機(jī)存儲(chǔ)、接口、中斷等資源完全一致，數(shù)據(jù)流信息流滿足高層通信協(xié)議，故仿真數(shù)據(jù)能真實(shí)有效反映實(shí)際運(yùn)行情況，可以以此對(duì)應(yīng)用軟件的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)可以通過(guò)注入各種故障狀態(tài)，模擬相關(guān)的故障預(yù)案；
[0030]2、本發(fā)明具備單步、斷點(diǎn)等調(diào)試手段，提供對(duì)寄存器和變量的監(jiān)視，對(duì)運(yùn)行結(jié)果的覆蓋率統(tǒng)計(jì)，方便進(jìn)行目標(biāo)代碼的調(diào)試和測(cè)試，通過(guò)協(xié)同仿真，可以按照一定的加速比，提高目標(biāo)代碼的運(yùn)行速度。
【附圖說(shuō)明】
[0031]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0032]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034]在本實(shí)施例中，本發(fā)明提供的通用全數(shù)字星務(wù)仿真平臺(tái)，包括CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、調(diào)度控制模塊、總線及通信模塊、應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、遙控終端、遙測(cè)處理顯示模塊以及遠(yuǎn)置終端；
[0035]其中，所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊、所述調(diào)度控制模塊、所述應(yīng)用軟件測(cè)試模塊、所述遙控終端、所述遙測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)顯示模塊以及所述遠(yuǎn)置終端均連接所述總線及通信模塊；
[0036]所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊用于虛擬數(shù)管計(jì)算機(jī)的組成和功能，運(yùn)行待測(cè)試數(shù)管應(yīng)用軟件；所述調(diào)度控制模塊用于虛擬控制，具體為上述各模塊間的時(shí)序控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和運(yùn)行控制，用于仿真時(shí)在目標(biāo)機(jī)或仿真目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行目標(biāo)軟件；所述總線及通信模塊用于虛擬總線模塊；所述應(yīng)用軟件測(cè)試模塊用于虛擬對(duì)外提供接口 ；所述遙控終端用于根據(jù)不同的遙控注數(shù)及指令需求，提供統(tǒng)一遙控格式的注數(shù)包并產(chǎn)生校驗(yàn)結(jié)果；所述遙測(cè)處理顯示模塊所述遙測(cè)處理顯示模塊用于接收待測(cè)試數(shù)管應(yīng)用軟件周期性生成的遙測(cè)數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)遙測(cè)原碼處理公式，將原碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字量遙測(cè)；所述遠(yuǎn)置終端用于模擬總線下位機(jī)。
[0037]所述時(shí)序控制具體為，上述各模塊間的時(shí)序、節(jié)拍控制和仿真協(xié)同，保證計(jì)算機(jī)與模型之間的運(yùn)行時(shí)序符合實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)序；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，具體為，維護(hù)各模塊間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，完成通信數(shù)據(jù)的類型識(shí)別、路由控制、收發(fā)中轉(zhuǎn)；所述運(yùn)行控制，具體為，各模塊的暫停、運(yùn)行、停止的同步控制和仿真速度的控制。
[0038]所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊虛擬目標(biāo)機(jī)處理器，具體為仿真通用定時(shí)器，看門(mén)狗定時(shí)器，通用異步串行口(UART)，內(nèi)存控制器，異常和中斷處理方法及寄存器；在本實(shí)施例中，具體為，所述CTU虛擬目標(biāo)機(jī)模塊，在主機(jī)的內(nèi)存中，建立與星上星務(wù)系統(tǒng)的ERC32芯片的周邊組成結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；仿真ERC32片內(nèi)的通用定時(shí)器，看門(mén)狗定時(shí)器，通用異步串行口(UART)，內(nèi)存控制器，異常和中斷處理及32個(gè)寄存器。本發(fā)明依次執(zhí)行用戶程序代碼，當(dāng)用戶程序代碼對(duì)仿真ERC32片內(nèi)外讀寫(xiě)時(shí)，按照讀寫(xiě)地址修改或讀取相應(yīng)寄存器的內(nèi)容，并實(shí)時(shí)按字段分析讀寫(xiě)的內(nèi)容，模擬實(shí)際處理器操作該字段后產(chǎn)生的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的行為。
[0039]所述總線及通信模塊虛擬總線模塊，具體為對(duì)RS232總線、RS422總線、MIL-STD-1553總線進(jìn)行仿真。所述總線及通信模塊虛擬的每個(gè)模擬過(guò)程都可以分解成多個(gè)固定的、可重用的部件(model)，通過(guò)提供API接口，既可以進(jìn)