專(zhuān)利名稱(chēng)：基于cots器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，適用于空間容錯(cuò)計(jì)算機(jī) 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，微小衛(wèi)星技術(shù)逐漸成熟并應(yīng)用到通訊、對(duì)地成像、空間 探測(cè)等航天任務(wù)?；贑OTS (Commercial Off The Shelf)器件為主的低成本微小衛(wèi)星技 術(shù)也成為國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)尤其是高校的熱門(mén)研究領(lǐng)域。對(duì)商用器件采取特殊的防護(hù)和加固 技術(shù)，可以大大降低了空間應(yīng)用的成本和研制周期。與傳統(tǒng)的大、中型衛(wèi)星不同，微小衛(wèi)星 平臺(tái)功能和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有小體積、低功耗和低成本等特點(diǎn)，并要求星載計(jì)算機(jī)具有較高的 數(shù)據(jù)處理性能、容錯(cuò)糾錯(cuò)能力、抗輻照性能、可靠性和實(shí)時(shí)性。應(yīng)用嵌入式技術(shù)進(jìn)行星上軟、 硬件的一體化設(shè)計(jì)，可以將星務(wù)管理和數(shù)據(jù)處理功能集成在高性能星載計(jì)算機(jī)上，從而大 大簡(jiǎn)化星載電子系統(tǒng)的復(fù)雜性。以ARM為內(nèi)核的32位RSIC處理器以其良好的性能廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)電子、移動(dòng) 通訊等民用商業(yè)領(lǐng)域。ARM嵌入式處理器具有豐富的片上資源和靈活的總線(xiàn)接口，能夠很好 地滿(mǎn)足微小衛(wèi)星對(duì)星載計(jì)算機(jī)高性能和低功耗的要求。但考慮到航天器飛行任務(wù)高投入、 高風(fēng)險(xiǎn)以及不可維護(hù)性，要求星載電子系統(tǒng)能夠在任務(wù)壽命期間內(nèi)穩(wěn)定、可靠地工作，在故 障情況下應(yīng)能夠自動(dòng)恢復(fù)或降級(jí)運(yùn)行。因此，星載計(jì)算機(jī)必須考慮故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，解決星上基 本的數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸功能，用雙機(jī)冷備份的方法提高系統(tǒng)的可靠性，以滿(mǎn)足星載計(jì)算 機(jī)高性能、低成本和低功耗的要求。本發(fā)明是一種應(yīng)用于微小衛(wèi)星的基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，至少包 括雙備份星務(wù)單機(jī)模塊、仲裁電路模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊三部分；其中，雙備份星務(wù)單機(jī)模 塊是由兩個(gè)硬件完全相同的星務(wù)單機(jī)組成，星務(wù)單機(jī)包括核心處理器LPC2294和外部接口 電路；仲裁電路模塊包括片外看門(mén)狗和三極管控制電路；監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊包括核心處理器 ATMegl28和外部接口電路；兩個(gè)星務(wù)單機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)都有接口連接到外部設(shè)備；在正常 情況下，只有一個(gè)星務(wù)單機(jī)模塊上電工作，接收外部設(shè)備輸入信號(hào)并進(jìn)行處理，由仲裁電路 自主選擇星務(wù)單機(jī)工作；如果兩個(gè)星務(wù)單機(jī)全部失效，則由監(jiān)控計(jì)算機(jī)接替工作。所述的基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的雙備份星務(wù)單 機(jī)模塊，作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，均由LPC2294處理器和外部接口電路組成具體如下利用三個(gè)外部存儲(chǔ)器接口擴(kuò)展了片外SRAM、FLASH及EEPR0M，為方便調(diào)試，各組外 部存儲(chǔ)器地址可通過(guò)跳線(xiàn)選擇；片上的2路UART擴(kuò)展為4路UART和一路RS422接口，UART分別與磁強(qiáng)計(jì)、GPS接 收機(jī)和PC機(jī)通訊，一路RS422與測(cè)控應(yīng)答機(jī)通過(guò)其自帶的RS422接口通訊；
由MAX1031外擴(kuò)的32路10位ADC和LPC2294片上2路10位的ADC，使星上具備 34路AD采集通道；禾Ij用片上的CAN1、CAN2接口作為主、備份CAN控制器分別與監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊、有效 載荷和測(cè)控應(yīng)答機(jī)各自所帶的兩路CAN總線(xiàn)組成多節(jié)點(diǎn)CAN網(wǎng)絡(luò)；其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)兩 路CAN總線(xiàn)分別與上述CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相連，有效載荷由帶有兩路CAN接口的基于FPGA的圖 像處理板和相機(jī)構(gòu)成，用來(lái)完成空間成像任務(wù)，同樣分別連接到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上；測(cè)控應(yīng)答 機(jī)除可以通過(guò)RS422接口通訊外，同時(shí)帶有兩路CAN總線(xiàn)接口分別連接在上述CAN總線(xiàn)網(wǎng) 絡(luò)上；利用片上RTC時(shí)鐘模塊，提供星上時(shí)間、時(shí)間增量中斷和報(bào)警中斷，能夠通過(guò)GPS 信號(hào)或遙控指令進(jìn)行校時(shí)；通過(guò)GPIO擴(kuò)展了 16路IO輸入通道和22路OC輸出通道，分別用來(lái)檢測(cè)設(shè)備的電 源開(kāi)關(guān)狀態(tài)和連接到用于控制設(shè)備電源的磁保持繼電器；利用片上的看門(mén)狗模塊，使星務(wù)單機(jī)具有看門(mén)狗復(fù)位功能；利用片上的功率控制器，使星務(wù)單機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)最低功耗。其中，所述的仲裁電路模塊由片外看門(mén)狗和三極管控制電路構(gòu)成，雙備份星務(wù)單 機(jī)通過(guò)特定的IO輸出分別對(duì)各自的片外看門(mén)狗執(zhí)行喂狗操作，三極管控制電路則根據(jù)雙 機(jī)對(duì)應(yīng)的片外看門(mén)狗溢出狀況判斷并選定雙機(jī)的當(dāng)班權(quán)，通過(guò)操縱用于控制雙機(jī)電源的磁 保持繼電器來(lái)完成雙機(jī)切換工作；其中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊以ATmegUS處理器為核心，具有部分通訊和控制功能；監(jiān) 控計(jì)算機(jī)通過(guò)IO 口連接到仲裁電路的看門(mén)狗輸出，通過(guò)讀取其電平狀態(tài)可以監(jiān)測(cè)仲裁電 路的工作狀態(tài)，通過(guò)CAN總線(xiàn)可以監(jiān)測(cè)測(cè)控應(yīng)答機(jī)與星務(wù)單機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信；當(dāng)監(jiān)控計(jì) 算機(jī)檢測(cè)到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的測(cè)控應(yīng)答機(jī)與星務(wù)單機(jī)之間超時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)通信時(shí)，則判定星務(wù) 單機(jī)已失效；監(jiān)控計(jì)算機(jī)將替代星務(wù)單機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)與測(cè)控應(yīng)答機(jī)進(jìn)行通訊，能夠接收 部分上行遙控指令，對(duì)星上的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制性的電源管理操作。其中，為防止系統(tǒng)短路導(dǎo)致整星設(shè)備失效，在各個(gè)設(shè)備的電源入口出都采用 MAX471芯片進(jìn)行電流測(cè)量和MAX890芯片進(jìn)行限流保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)和隔離。MAX471 將入口電流數(shù)值換為電壓數(shù)值，可供星務(wù)單機(jī)進(jìn)行AD采集。星務(wù)單機(jī)對(duì)該采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行 判斷，如果數(shù)據(jù)異常，則關(guān)閉該設(shè)備的電源。設(shè)備的入口電流流經(jīng)MAX890芯片，一旦電流超 過(guò)閾值，MAX890芯片將自動(dòng)關(guān)閉電源。兩種保護(hù)措施將較好地實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和故障隔離的 功能。本發(fā)明是一種基于COTS器件的異構(gòu)高性能星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)及功效 在于利用商用高性能嵌入式處理器LPC2^4，具有較快的數(shù)據(jù)處理能力和較低的成本；充 分利用嵌入式處理器的片上資源，使單機(jī)模塊外圍器件少、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；采用雙機(jī)冗 余和故障檢測(cè)分析技術(shù)，提高了星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性和工作壽命。


圖1異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2雙冗余星務(wù)單機(jī)模塊的功能框3雙機(jī)冗余冷備份工作狀態(tài)圖
圖4入口電流測(cè)量和過(guò)流保護(hù)電路原理5在軌程序注入原理框6監(jiān)控電路硬件原理框7仲裁電路中A機(jī)片外看門(mén)狗硬件原理8仲裁電路中B機(jī)片外看門(mén)狗硬件原理9仲裁電路中三極管控制電路硬件原理圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明一種基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，用雙備份星務(wù)單機(jī)模塊、仲裁 電路模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊構(gòu)成了高性能的雙機(jī)冗余熱備份星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了星上 設(shè)備的自主管理、通訊、故障檢測(cè)和處功能。下面參照附圖進(jìn)行具體說(shuō)明參見(jiàn)圖1，本發(fā)明是一種基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，包括雙備份星務(wù) 單機(jī)模塊、仲裁電路模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊等三部分；其中，雙備份星務(wù)單機(jī)模塊是由兩個(gè) 硬件完全相同的星務(wù)單機(jī)組成，星務(wù)單機(jī)由核心處理器LPC2294和外部接口電路構(gòu)成；仲 裁電路模塊由片外看門(mén)狗和三極管控制電路構(gòu)成；系統(tǒng)上電后兩個(gè)星務(wù)單機(jī)會(huì)同時(shí)打開(kāi)， 其中一個(gè)星務(wù)單機(jī)會(huì)通過(guò)輸出電源控制信號(hào)將另一個(gè)星務(wù)機(jī)關(guān)掉，這樣只有一個(gè)星務(wù)單機(jī) 正常工作，如果其出錯(cuò)之后，看門(mén)狗喂狗信號(hào)會(huì)失效，仲裁電路便會(huì)將另一個(gè)星務(wù)單機(jī)打 開(kāi)，自動(dòng)完成雙備份星務(wù)單機(jī)的切換。參見(jiàn)圖2，所述的主星務(wù)單機(jī)及備份星務(wù)單機(jī)，作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，均由 LPC2294處理器和接口電路組成具體如下利用三個(gè)外部存儲(chǔ)器接口(EMC)擴(kuò)展了 4MB 片外SRAM，8MB FLASH, 256KB EEPR0M。各組外部存儲(chǔ)器地址可通過(guò)跳線(xiàn)選擇；利用片上的 UARTl擴(kuò)展了 4路RS232接口分別與磁強(qiáng)計(jì)、GPS接收機(jī)和PC機(jī)通訊，UARTO轉(zhuǎn)換為1路 RS422與測(cè)控應(yīng)答機(jī)通訊；通過(guò)SPIO和Maxl031芯片擴(kuò)展了 32路10位片外ADC采集通道， 并利用片上2路10位ADC通道，使星上具備34路AD采集通道；禾Ij用片上的CAN1、CAN2接口作為主、備份CAN控制器分別與監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊、有效 載荷和測(cè)控應(yīng)答機(jī)各自所帶的兩路CAN總線(xiàn)組成多節(jié)點(diǎn)CAN網(wǎng)絡(luò)；其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)兩 路CAN總線(xiàn)分別與上述CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相連，有效載荷由帶有兩路CAN接口的基于FPGA的圖 像處理板和相機(jī)構(gòu)成，用來(lái)完成空間成像任務(wù)，同樣分別連接到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上；測(cè)控應(yīng)答 機(jī)除可以通過(guò)RS422接口通訊外，同時(shí)帶有兩路CAN總線(xiàn)接口分別連接在上述CAN總線(xiàn)網(wǎng) 絡(luò)上。利用片上RTC時(shí)鐘模塊，提供星上時(shí)間、時(shí)間增量中斷和報(bào)警中斷，能夠通過(guò)GPS信 號(hào)或遙控指令進(jìn)行校時(shí)；通過(guò)GPIO擴(kuò)展了 16路IO輸入通道和22路OC輸出通道，分別用 來(lái)檢測(cè)設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)和連接到用于控制設(shè)備電源的磁保持繼電器；利用片上的看門(mén) 狗模塊，使星務(wù)單機(jī)具有看門(mén)狗復(fù)位功能；利用片上的功率控制器使星務(wù)單機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)最 低功耗。本發(fā)明具體工作過(guò)程如下1、正常工作時(shí)，雙機(jī)向仲裁電路的看門(mén)狗電路發(fā)送喂狗脈沖信號(hào)，仲裁電路能根 據(jù)看門(mén)狗是否溢出判斷雙機(jī)的工作狀況。系統(tǒng)默認(rèn)主機(jī)為有效輸出，如果主機(jī)失效，仲裁電 路選擇備機(jī)作為系統(tǒng)的輸出對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。
2、主、備機(jī)可以通過(guò)CAN總線(xiàn)向監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送工作狀態(tài)信息(以下簡(jiǎn)稱(chēng)心跳信 號(hào))。如果監(jiān)控計(jì)算機(jī)超時(shí)沒(méi)有接收到當(dāng)班機(jī)的心跳信號(hào)，并檢測(cè)到雙機(jī)切換10次以上，則 判定雙機(jī)已經(jīng)失效，將其電源關(guān)閉并接管星上工作。參見(jiàn)圖3，根據(jù)兩臺(tái)星載計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)，系統(tǒng)可以分為主機(jī)當(dāng)班、備機(jī)當(dāng)班和 監(jiān)控計(jì)算機(jī)當(dāng)班三個(gè)狀態(tài)，圖3中描述了其工作狀態(tài)切換的過(guò)程和條件。其中系統(tǒng)上電后 主機(jī)與備機(jī)均為打開(kāi)狀態(tài)，然后主機(jī)嘗試關(guān)掉備機(jī)，如果失敗，則備機(jī)嘗試關(guān)掉主機(jī)，之后 便進(jìn)入單機(jī)工作狀態(tài)，其中一臺(tái)作為冗余冷備份。如果當(dāng)班單機(jī)失效，則仲裁電路檢測(cè)出看 門(mén)狗失敗后會(huì)自動(dòng)切換到另一臺(tái)單機(jī)，仲裁失效則切換工作由監(jiān)控計(jì)算機(jī)完成。如果雙機(jī) 全部失效，則在切換若干次之后監(jiān)控計(jì)算機(jī)便會(huì)關(guān)閉雙機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)入降級(jí)狀態(tài)，由監(jiān)控計(jì)算 機(jī)接管星上工作。在降級(jí)狀態(tài)下可以通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)和地面遙控指令重新打開(kāi)失效計(jì)算機(jī) 的電源，檢測(cè)其是否為不可恢復(fù)的故障。如果失效機(jī)能通過(guò)重起恢復(fù)正常工作，則系統(tǒng)恢復(fù) 為星務(wù)單機(jī)工作狀態(tài)。若雙備份星務(wù)單機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)均失效，則判定系統(tǒng)失效。參見(jiàn)圖4，為防止星上設(shè)備短路導(dǎo)致整星設(shè)備失效，在各個(gè)設(shè)備的電源入口處都采 用MAX471芯片進(jìn)行電流測(cè)量監(jiān)視和MAX890芯片進(jìn)行限流保護(hù)，實(shí)現(xiàn)故障隔離。MAX471將 入口電流參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓數(shù)值，可供星務(wù)單機(jī)進(jìn)行AD采集，一旦星務(wù)單機(jī)檢測(cè)到電流發(fā)生 異常，將關(guān)閉該設(shè)備的電源。設(shè)備的入口電流流經(jīng)MAX890，一旦電流超過(guò)閾值，MAX890亦將 自動(dòng)關(guān)閉電源。兩種限流保護(hù)措施將較好地實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和故障隔離的功能。參見(jiàn)圖5，利用片外的RAM、FLASH、EEPROM存儲(chǔ)器和遙測(cè)遙控接口，可以實(shí)現(xiàn)星載 計(jì)算機(jī)的在軌程序注入。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下1.首先通過(guò)遙控指令置位軟件注入標(biāo)志位，將系統(tǒng)置位安全狀態(tài)，然后通過(guò)遙控 指令復(fù)位主機(jī)；2.主機(jī)復(fù)位重新起動(dòng)后將檢測(cè)軟件注入標(biāo)志位，如果無(wú)軟件注入置位標(biāo)志，則正 常啟運(yùn)行EEPROM中的程序；如果有軟件注入置位標(biāo)志，則運(yùn)行引導(dǎo)程序，進(jìn)入接收注入程 序代碼的狀態(tài)；3.通過(guò)遙控通道向星上注入代碼，并保存在RAM區(qū)中，代碼注入完成后完成自測(cè) 試過(guò)程。如果新注入代碼測(cè)試不成功，則清除注入狀態(tài)標(biāo)志位，復(fù)位星務(wù)主機(jī)使之運(yùn)行原 EEPROM 代碼；4.如果新注入代碼測(cè)試成功，則將RAM區(qū)中的代碼保存到EEPROM中，清除注入狀 態(tài)標(biāo)志位并置位備機(jī)注入新程序的標(biāo)志位。5.重啟主機(jī)，運(yùn)行EEPROM中的程序，強(qiáng)制打開(kāi)備份機(jī)電源并將主機(jī)中新的程序代 碼注入到備份機(jī)的RAM中。6.備份機(jī)運(yùn)行RAM中的新程序并進(jìn)行自測(cè)過(guò)程，自測(cè)完成后如果成功則將程序拷 貝到EERPR0M中并通知主機(jī)，失敗則不進(jìn)行程序拷貝，直接通知主機(jī)。7.主機(jī)接收到備份機(jī)自測(cè)狀態(tài)通知后關(guān)閉備份機(jī)電源，并將結(jié)果通過(guò)遙測(cè)指令發(fā) 回地面。參見(jiàn)圖6，監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊以ATmegUS處理器為核心，具有部分通訊和控制功能； 監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字IO 口連接到仲裁電路，IO 口可以監(jiān)測(cè)仲裁電路的工作狀態(tài)，通過(guò)CAN 總線(xiàn)可以監(jiān)測(cè)測(cè)控應(yīng)答機(jī)與星務(wù)單機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信；當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)檢測(cè)到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 上的測(cè)控應(yīng)答機(jī)與星務(wù)單機(jī)之間超時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)通信時(shí)，則判定星務(wù)單機(jī)已失效；監(jiān)控計(jì)算機(jī)將替代星務(wù)單機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)連接測(cè)控應(yīng)答機(jī)與地面進(jìn)行通訊，能夠接收部分遙控指令， 對(duì)星上的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制性的電源管理操作。監(jiān)控計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，能夠保證星載 計(jì)算機(jī)與地面最低要求的通訊功能。 參閱圖7、8、9，仲裁電路模塊由片外看門(mén)狗和三極管控制電路構(gòu)成。圖7為星務(wù)機(jī) A的片外看門(mén)狗原理圖，圖8為星務(wù)機(jī)B的片外看門(mén)狗原理圖，圖9為三極管控制電路原理 圖。其中Max706看門(mén)狗芯片溢出時(shí)間為1.6S，長(zhǎng)于星務(wù)單機(jī)起動(dòng)時(shí)間，如果星務(wù)單機(jī)能夠 自復(fù)位起動(dòng)成功，則不會(huì)導(dǎo)致該看門(mén)狗溢出。正常喂狗時(shí)WDO端輸出高電平，溢出時(shí)輸出低 電平。Sn54121檢測(cè)到WDO出現(xiàn)一個(gè)下降沿之后，在Q輸出端會(huì)輸出一個(gè)正脈沖。在星務(wù)單 機(jī)正常喂狗的情況下，三極管處于截至狀態(tài)，磁保持繼電器不動(dòng)作。如果星務(wù)單機(jī)失效，看 門(mén)狗均超時(shí)溢出，CAOB信號(hào)或者CBOA信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖將三極管導(dǎo)通，從而將另一星 務(wù)單機(jī)的電源強(qiáng)制打開(kāi)，直到其中一臺(tái)恢復(fù)正常喂狗。
權(quán)利要求
1.一種基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，其特征在于該系統(tǒng)至少包括雙備份 星務(wù)單機(jī)模塊、仲裁電路模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊三部分；其中，雙備份星務(wù)單機(jī)模塊是由兩 個(gè)完全相同的星務(wù)單機(jī)組成，星務(wù)單機(jī)包括核心處理器LPC2294和外部接口電路；仲裁電 路模塊包括片外看門(mén)狗和三極管控制電路；監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊包括核心處理器ATMegUS和 外部接口電路；兩個(gè)星務(wù)單機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)都有外部接口連接到外部的設(shè)備；在正常情況 下，只有一個(gè)星務(wù)單機(jī)模塊上電工作，接收外設(shè)輸入信號(hào)并進(jìn)行處理，兩個(gè)星務(wù)單機(jī)工作由 仲裁電路進(jìn)行自主選擇；如果兩個(gè)星務(wù)單機(jī)全部失效，則由監(jiān)控計(jì)算機(jī)接替工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的 雙備份星務(wù)單機(jī)模塊，作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，均由LPC2294處理器和外部接口電路組成具 體如下利用三個(gè)外部存儲(chǔ)器接口擴(kuò)展了片外SRAM、FLASH及EEPR0M，為方便調(diào)試，各組外部存 儲(chǔ)器地址可通過(guò)跳線(xiàn)選擇；片上的2路UART接口擴(kuò)展為4路UART接口和一路RS422接口，UART分別與磁強(qiáng)計(jì)、 GPS接收機(jī)和PC機(jī)通訊，一路RS422與測(cè)控應(yīng)答機(jī)通訊；由MAX1031外擴(kuò)的32路10位ADC和LPC2294片上2路10位的ADC，使星上具備；34路 AD采集通道；利用片上的CAN1、CAN2接口作為主、備份CAN控制器分別與監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊、有效載 荷和測(cè)控應(yīng)答機(jī)各自所帶的兩路CAN總線(xiàn)組成多節(jié)點(diǎn)CAN網(wǎng)絡(luò)；其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)兩路 CAN總線(xiàn)分別與上述CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相連，有效載荷由帶有兩路CAN接口的基于FPGA的圖像 處理板和相機(jī)構(gòu)成，用來(lái)完成空間成像任務(wù)，同樣分別連接到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上；測(cè)控應(yīng)答機(jī) 除可以通過(guò)RS422接口通訊外，同時(shí)帶有兩路CAN總線(xiàn)接口分別連接在上述CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 上；利用片上RTC時(shí)鐘模塊，提供星上時(shí)間、時(shí)間增量中斷和報(bào)警中斷，能夠通過(guò)GPS信號(hào) 或遙控指令進(jìn)行校時(shí)；通過(guò)GPIO接口擴(kuò)展了 16路IO輸入通道和22路OC輸出通道，分別用來(lái)檢測(cè)外部設(shè)備 的電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)和連接到三極管，用于控制設(shè)備電源的磁保持繼電器開(kāi)關(guān)；利用片上的看門(mén)狗模塊，使單機(jī)具有看門(mén)狗復(fù)位功能；利用片上的功率控制器，使單機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)最低功耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的 仲裁電路模塊由基于片外看門(mén)狗的邏輯電路組成，根據(jù)雙機(jī)對(duì)應(yīng)的片外看門(mén)狗溢出狀況判 斷并選定雙機(jī)的當(dāng)班權(quán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的 監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊以ATmegUS處理器為核心，具有部分通訊和控制功能；監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù) 字IO 口連接到仲裁電路，IO 口可以監(jiān)測(cè)仲裁電路的工作狀態(tài)，通過(guò)CAN總線(xiàn)可以監(jiān)測(cè)測(cè)控 應(yīng)答機(jī)與星務(wù)單機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信；當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)檢測(cè)到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的測(cè)控應(yīng)答機(jī)與 星務(wù)單機(jī)之間超時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)通信時(shí)，則判定星務(wù)單機(jī)已失效；監(jiān)控計(jì)算機(jī)將取代星務(wù)單機(jī)，通 過(guò)CAN總線(xiàn)連接測(cè)控應(yīng)答機(jī)與地面進(jìn)行通訊，能夠接收部分遙控指令，對(duì)星上的設(shè)備進(jìn)行 強(qiáng)制性的電源管理操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，其特征在于為防止所述的系統(tǒng)短路導(dǎo)致整星設(shè)備失效，在各個(gè)設(shè)備的電源入口處都設(shè)置有MAX471芯片進(jìn)行 電流測(cè)量和MAX890芯片進(jìn)行限流保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)和隔離。
全文摘要
本發(fā)明一種基于COTS器件的異構(gòu)星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)，由雙備份星務(wù)單機(jī)模塊、仲裁電路模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊組成；雙備份星務(wù)單機(jī)模塊由兩個(gè)硬件結(jié)構(gòu)完全相同的星務(wù)單機(jī)組成，星務(wù)單機(jī)由核心處理器LPC2294和外部接口電路構(gòu)成；仲裁電路模塊由片外看門(mén)狗和三極管控制電路構(gòu)成；監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊由核心處理器ATMeg128和外部接口電路構(gòu)成；兩個(gè)星務(wù)單機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)都有接口連接到外部設(shè)備；正常情況下，只有一個(gè)星務(wù)單機(jī)模塊上電工作，接收外設(shè)輸入信號(hào)并進(jìn)行處理，選擇哪個(gè)星務(wù)機(jī)工作則是由仲裁電路進(jìn)行自動(dòng)選擇；如果兩個(gè)星務(wù)單機(jī)全部失效，則由監(jiān)控計(jì)算機(jī)模塊接替工作。本發(fā)明可用于微小衛(wèi)星星載電子系統(tǒng)，具有高性能、成本低、故障分級(jí)屏蔽、系統(tǒng)可靠性高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F1/16GK102053882SQ20111000462
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者于廣良, 周開(kāi)興, 孔令波, 李博, 王新升 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)