本發(fā)明涉及衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域，特別是涉及一種高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對(duì)衛(wèi)星而言，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在整星電子系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，直接關(guān)系到衛(wèi)星任務(wù)的成敗。目前主流的衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用“復(fù)接器+存儲(chǔ)器”的設(shè)計(jì)架構(gòu)，將衛(wèi)星的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成單獨(dú)的兩大模塊。如此架構(gòu)設(shè)計(jì)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)普遍用于較大型的衛(wèi)星；而對(duì)于微納衛(wèi)星而言，這個(gè)架構(gòu)存在明顯的缺點(diǎn)，比如系統(tǒng)體積較大，質(zhì)量較大，功耗較高，成本大等。不適用于對(duì)功耗、成本、體積、質(zhì)量都較為敏感的微納衛(wèi)星。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)存在的系統(tǒng)體積大、質(zhì)量大、功耗高、以及成本大不能適用于微納衛(wèi)星的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，包括：

載荷數(shù)據(jù)接收通道，與對(duì)應(yīng)的載荷單機(jī)連接，用于接收所述載荷單機(jī)發(fā)送的載荷數(shù)據(jù)；

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收通道，與衛(wèi)星平臺(tái)連接，用于接收所述衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)送的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)；

存儲(chǔ)區(qū)域管理單元，與所述載荷數(shù)據(jù)接收通道連接，用于對(duì)不同的載荷數(shù)據(jù)分配不同地址區(qū)段的存儲(chǔ)空間進(jìn)行存儲(chǔ)；

存儲(chǔ)陣列，與所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元連接，用于存儲(chǔ)所述存儲(chǔ)管理單元分配的載荷數(shù)據(jù)；

組復(fù)接幀單元，與所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元對(duì)應(yīng)連接，用于對(duì)所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元從所述存儲(chǔ)陣列中讀取的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行組合復(fù)接以形成復(fù)接幀；

信道復(fù)接單元，與所述組復(fù)接幀單元和所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收通道連接，用于對(duì)所述組復(fù)接幀單元形成的復(fù)接幀和所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收通道接收的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接，以形成數(shù)據(jù)傳輸幀；

信道編碼單元，與所述信道復(fù)接單元連接，將信道復(fù)接單元生成的傳輸幀進(jìn)行信道編碼，通過(guò)數(shù)傳發(fā)射機(jī)，將所述編碼后的數(shù)據(jù)傳輸幀進(jìn)行發(fā)送。

優(yōu)選地，還包括與所述存儲(chǔ)陣列對(duì)應(yīng)連接的存儲(chǔ)控制單元，所述存儲(chǔ)控制單元與所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元連接，所述存儲(chǔ)控制單元包括接口模塊、寫入校驗(yàn)?zāi)K、讀取校驗(yàn)?zāi)K、以及控制模塊；

所述接口模塊用于生成對(duì)應(yīng)所述存儲(chǔ)陣列的操作時(shí)序，所述操作時(shí)序包括復(fù)位、讀ID、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)、以及擦除；

所述寫入校驗(yàn)?zāi)K用于對(duì)寫入所述存儲(chǔ)陣列的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行ECC校驗(yàn)以生成校驗(yàn)碼并存儲(chǔ)；

所述讀取校驗(yàn)?zāi)K用于對(duì)從所述存儲(chǔ)陣列中讀取的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行ECC校驗(yàn)生成校核碼；

所述控制模塊與所述接口模塊、所述寫入校驗(yàn)?zāi)K、以及所述讀取校驗(yàn)?zāi)K控制連接，用于對(duì)所述存儲(chǔ)陣列進(jìn)行初始化、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)讀出、擦除、壞塊標(biāo)記操作，在數(shù)據(jù)讀出時(shí)，所述控制模塊比對(duì)對(duì)應(yīng)讀出的數(shù)據(jù)的所述讀取校驗(yàn)?zāi)K生成的校核碼和所述寫入校驗(yàn)?zāi)K生成的校驗(yàn)碼，若比對(duì)成功，則輸出數(shù)據(jù)，若比對(duì)發(fā)生錯(cuò)誤，則糾正錯(cuò)誤或標(biāo)記壞塊，并輸出數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，還包括連接于所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元和所述存儲(chǔ)控制單元之間的通道復(fù)接與仲裁單元和存儲(chǔ)使用仲裁單元；

通道復(fù)接與仲裁單元用于為所述載荷數(shù)據(jù)通道配置固定的優(yōu)先級(jí)，在進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)以所配置的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁；

所述存儲(chǔ)使用仲裁單元用于仲裁不同區(qū)域?qū)LASH陣列的使用權(quán)。獲得使用權(quán)的存儲(chǔ)區(qū)域，可以對(duì)FLASH陣列進(jìn)行寫入、讀出、擦除的操作。

所述存儲(chǔ)控制單元使用并行FLASH擦除、流水線寫入的方式管理FLASH陣列。

優(yōu)選地，還包括連接于所述信道復(fù)接單元和所述數(shù)傳發(fā)射機(jī)之間的信道編碼單元，所述信道編碼單元用于對(duì)所述數(shù)據(jù)傳輸幀進(jìn)行編碼、加擾、并串轉(zhuǎn)換、分路、以及卷積編碼處理，以輸出CLK信號(hào)、I路信號(hào)、以及Q路信號(hào)發(fā)送給所述數(shù)傳發(fā)射機(jī)。

優(yōu)選地，還包括指令控制單元，所述指令控制單元通過(guò)CAN總線連接微納衛(wèi)星平臺(tái)總線，用于接收所述微納衛(wèi)星平臺(tái)總線發(fā)送的控制指令和獲取系統(tǒng)狀態(tài)并通過(guò)所述微納衛(wèi)星平臺(tái)總線發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元包括壞塊管理模塊、寫指針管理模塊、讀指針管理模塊、以及擦除指針管理模塊；

所述壞塊管理模塊內(nèi)存儲(chǔ)有壞塊表，所述壞塊表內(nèi)存儲(chǔ)有被標(biāo)記為壞塊的所述存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)塊編號(hào)，所述壞塊管理模塊用于在所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元結(jié)束當(dāng)前操作后跳轉(zhuǎn)到獲得的所述存儲(chǔ)陣列中的下一個(gè)存儲(chǔ)塊；

所述寫指針管理模塊，用于在向所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元獲得使用權(quán)限后向所述壞塊管理模塊所獲得的存儲(chǔ)塊寫入載荷數(shù)據(jù)；

所述讀指針管理模塊，用于根據(jù)所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元的繼續(xù)讀指令，從當(dāng)前讀指針開始繼續(xù)讀出數(shù)據(jù)，直至數(shù)據(jù)讀空為止，還用于根據(jù)所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元的指定塊讀指令讀出指定的存儲(chǔ)塊中的數(shù)據(jù)；

所述擦除指針管理模塊用于擦除所述存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)區(qū)域管理單元中還設(shè)有區(qū)域緩存區(qū)，所述區(qū)域緩存區(qū)用于存儲(chǔ)所述讀指針管理模塊讀出的數(shù)據(jù)，且所述區(qū)域緩存區(qū)與所述組復(fù)接幀單元連接，在所述區(qū)域緩存區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度滿足設(shè)定幀長(zhǎng)時(shí)，所述區(qū)域緩存區(qū)將所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述組復(fù)接幀單元進(jìn)行組合復(fù)接。

優(yōu)選地，還包括連接于所述組復(fù)接幀單元和所述信道復(fù)接單元之間的復(fù)接幀緩存單元，所述復(fù)接幀緩存單元用于存儲(chǔ)所述組復(fù)接幀單元形成的復(fù)接幀，所述復(fù)接幀的結(jié)構(gòu)包括虛擬信道標(biāo)識(shí)符、地址信息、以及有效數(shù)據(jù)，所述虛擬信道標(biāo)識(shí)符用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)類型，所述地址信息用于標(biāo)識(shí)所述有效數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)序列中存儲(chǔ)塊的地址編號(hào)。

優(yōu)選地，所述信道復(fù)接單元對(duì)所述實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)采用全同步方式進(jìn)行復(fù)接，將所述實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)封裝于所述數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙予以發(fā)送；所述信道復(fù)接單元對(duì)所述復(fù)接幀采用非同步方式進(jìn)行復(fù)接，將根據(jù)不同復(fù)接幀的不同情況按非固定時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

優(yōu)選地，所述信道復(fù)接單元將所述復(fù)接幀封裝于所述數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙之間時(shí)，當(dāng)所述復(fù)接幀緩存單元中存在完整的復(fù)接幀時(shí)，將完整的復(fù)接幀取出并封裝于所述數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙之間；當(dāng)所述復(fù)接幀緩存單元中不存在完整的復(fù)接幀時(shí)，于所述數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙之間封裝填充幀。

如上所述，本發(fā)明的一種高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有以下有益效果：

本發(fā)明的高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，是可與微納衛(wèi)星計(jì)算機(jī)電子學(xué)模塊集成的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提供衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和回放，實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能；具有高速數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)能力；具備多路數(shù)據(jù)復(fù)接能力；具備數(shù)傳信道編碼功能；還具備數(shù)據(jù)點(diǎn)播回放和實(shí)時(shí)回放功能。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)外部接口示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

圖3顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中載荷數(shù)據(jù)采樣方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中存儲(chǔ)陣列的組織方式示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中存儲(chǔ)陣列的流水線寫入的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中復(fù)接幀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)接幀進(jìn)行復(fù)接的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8顯示為本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中信道編碼單元的處理流程圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

11～13 載荷單機(jī)

14 衛(wèi)星平臺(tái)

15 微納衛(wèi)星平臺(tái)總線

16 測(cè)控?cái)?shù)傳一體機(jī)

20 高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

201a～201c 載荷數(shù)據(jù)接收通道1～3

202a～202c 存儲(chǔ)區(qū)域管理單元1～3

203 通道復(fù)接與仲裁單元

204 存儲(chǔ)使用仲裁單元

205a～205b 存儲(chǔ)控制單元1～2

206a～206b 存儲(chǔ)陣列1～2

207a～207c 組復(fù)接幀單元

208a～208b 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收通道1～2

209 復(fù)接幀緩存單元

210 信道復(fù)接單元

211 組數(shù)傳發(fā)送幀

212 信道編碼單元

213 指令控制單元

31 串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)

32 采樣使能信號(hào)

33 數(shù)據(jù)采樣器A

34 數(shù)據(jù)采樣器B

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

需要說(shuō)明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可與微納衛(wèi)星計(jì)算機(jī)電子學(xué)模塊集成的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提供衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、回放，實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能；具備高速數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)能力；具備多路數(shù)據(jù)復(fù)接能力；具備數(shù)傳信道編碼功能；具備數(shù)據(jù)點(diǎn)播回放和實(shí)時(shí)回放功能。充分滿足微納衛(wèi)星對(duì)功耗、成本、體積和質(zhì)量的要求，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的架構(gòu)不適用于微納衛(wèi)星的問(wèn)題。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20，通過(guò)載荷數(shù)據(jù)通道與載荷單機(jī)通信連接，連接載荷單機(jī)的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，在圖1所示的實(shí)施例中，高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20通過(guò)載荷數(shù)據(jù)通道1與載荷單機(jī)11通信連接，通過(guò)載荷數(shù)據(jù)通道2與載荷單機(jī)12通信連接，通過(guò)載荷數(shù)據(jù)通道3與載荷單機(jī)13通信連接。高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20通過(guò)獨(dú)立的載荷數(shù)據(jù)通道與對(duì)應(yīng)的載荷單機(jī)通信連接，用于存儲(chǔ)載荷單機(jī)發(fā)送的載荷數(shù)據(jù)。高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道與衛(wèi)星平臺(tái)14連接，用于傳輸衛(wèi)星平臺(tái)14的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)。高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20通過(guò)CAN總線與微納衛(wèi)星平臺(tái)總線15連接，用于接收控制指令和發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20通過(guò)數(shù)傳通道與數(shù)傳發(fā)射機(jī)16連接，用于將載荷數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至地面。

結(jié)合圖2所示，本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20包括載荷數(shù)據(jù)接收通道、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收單元、存儲(chǔ)區(qū)域管理單元、通道復(fù)接與仲裁單元203、存儲(chǔ)使用仲裁單元204、存儲(chǔ)控制單元、存儲(chǔ)陣列、組復(fù)接幀單元、復(fù)接幀緩存單元209、信道復(fù)接單元210、組數(shù)傳發(fā)送幀211、信道編碼單元212、指令控制單元213、以及數(shù)傳發(fā)射機(jī)16。其中載荷數(shù)據(jù)接收通道與載荷單機(jī)對(duì)應(yīng)連接，該高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20連接幾個(gè)載荷單機(jī)就會(huì)設(shè)置幾個(gè)載荷數(shù)據(jù)接收通道。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元與載荷數(shù)據(jù)接收通道對(duì)應(yīng)設(shè)置。組復(fù)接幀單元與存儲(chǔ)區(qū)域管理單元對(duì)應(yīng)連接。在圖2所示的實(shí)施例中，該高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20包括有3個(gè)載荷數(shù)據(jù)接收通道，分別是載荷數(shù)據(jù)接收通道201a，載荷數(shù)據(jù)接收通道201b，和載荷數(shù)據(jù)接收通道201c，分別用于接收對(duì)應(yīng)的載荷單機(jī)發(fā)送的載荷數(shù)據(jù)。相應(yīng)的，存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202a與載荷數(shù)據(jù)接收通道201a連接，用于管理載荷數(shù)據(jù)接收通道201a接收的載荷數(shù)據(jù)，主要是寫指針、讀指針、擦除指針的管理。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202b與載荷數(shù)據(jù)接收通道201b連接，存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202c與載荷數(shù)據(jù)接收通道201c連接。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元201a、201b、201c均與通道復(fù)接與仲裁單元203連接，通道復(fù)接與仲裁單元203與存儲(chǔ)使用仲裁單元204連接，存儲(chǔ)使用仲裁單元204連接存儲(chǔ)控制單元205a和存儲(chǔ)控制單元205b，存儲(chǔ)控制單元205a與存儲(chǔ)陣列206a對(duì)應(yīng)連接，存儲(chǔ)控制單元205b與存儲(chǔ)陣列206b對(duì)應(yīng)連接，其中的存儲(chǔ)控制單元與存儲(chǔ)陣列對(duì)應(yīng)設(shè)置，該高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20可以根據(jù)需要對(duì)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行擴(kuò)展或裁剪。組復(fù)接幀單元207a與存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202a對(duì)應(yīng)連接，組復(fù)接幀單元207b與存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202b對(duì)應(yīng)連接，組復(fù)接幀單元207c與存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202c對(duì)應(yīng)連接。組復(fù)接幀單元207a、207b、207c與信道復(fù)接單元210連接，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收通道208a、208b與信道復(fù)接單元210連接，信道復(fù)接單元210與組數(shù)傳發(fā)送幀211連接，組數(shù)傳發(fā)送幀211與信道編碼單元212連接，信道編碼單元212與數(shù)傳發(fā)射機(jī)16連接。

載荷數(shù)據(jù)接收通道201a，201b，201c與對(duì)應(yīng)的載荷單機(jī)連接，用于接收載荷單機(jī)發(fā)送的載荷數(shù)據(jù)。載荷數(shù)據(jù)接收通道所接收的載荷數(shù)據(jù)一般為串行數(shù)據(jù)，結(jié)合圖3所示，該高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20使用載荷數(shù)據(jù)時(shí)鐘對(duì)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行幀同步，然后進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)31和采樣使能信號(hào)32。轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)據(jù)再使用系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)其進(jìn)行采樣，并將采樣后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到先入先出隊(duì)列(FIFO，F(xiàn)irst Input First Output)。高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20使用數(shù)據(jù)采樣器33和數(shù)據(jù)采樣器34對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行交替采樣，以達(dá)到最大采樣能力。另外，將載荷數(shù)據(jù)隨入時(shí)鐘分頻后被系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行采樣，檢測(cè)隨入時(shí)鐘跳變。在載荷加電時(shí)鐘常有的情況下，由此可以判斷載荷加電情況。以此可以實(shí)現(xiàn)載荷通道自動(dòng)打開的功能。高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20可以通過(guò)設(shè)置串并轉(zhuǎn)換單元來(lái)實(shí)現(xiàn)上述載荷數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收通道208a，208b與衛(wèi)星平臺(tái)14連接，用于接收衛(wèi)星平臺(tái)14發(fā)送的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)。

存儲(chǔ)區(qū)域管理單元與載荷數(shù)據(jù)接收通道對(duì)應(yīng)連接，用于對(duì)不同的載荷數(shù)據(jù)分配不同地址區(qū)段的存儲(chǔ)空間進(jìn)行存儲(chǔ)。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202a對(duì)載荷數(shù)據(jù)接收通道201a接收的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)空間的分配，并對(duì)該載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202b，202c的工作原理與存儲(chǔ)區(qū)域管理單元202a相同。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元主要是寫指針、讀指針、擦除指針的管理?？紤]到存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)塊耗損控制要求和載荷數(shù)據(jù)流連續(xù)性的特點(diǎn)，存儲(chǔ)區(qū)域管理單元采用存儲(chǔ)區(qū)域循環(huán)使用，日志型記錄的方法對(duì)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。另外，存儲(chǔ)陣列還需要進(jìn)行壞塊管理。本發(fā)明中的存儲(chǔ)區(qū)域管理單元包括壞塊管理模塊、寫指針管理模塊、讀指針管理模塊、以及擦除指針管理模塊。

存儲(chǔ)區(qū)域管理單元中的壞塊管理模塊內(nèi)存儲(chǔ)有壞塊表，壞塊表內(nèi)存儲(chǔ)有被標(biāo)記為壞塊的存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)塊編號(hào)。壞塊表用于表示存儲(chǔ)陣列中所有存儲(chǔ)塊的好壞情況。當(dāng)讀、寫、擦除進(jìn)行時(shí)，都需要查詢壞塊表以獲得下一個(gè)好塊，即好的存儲(chǔ)塊。當(dāng)本存儲(chǔ)塊操作完畢后，壞塊管理模塊將自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到獲得的下一個(gè)好塊(存儲(chǔ)塊)，繼續(xù)操作。壞塊管理模塊用于在存儲(chǔ)區(qū)域管理單元結(jié)束當(dāng)前操作后跳轉(zhuǎn)到獲得的存儲(chǔ)陣列中的下一個(gè)存儲(chǔ)塊，對(duì)獲得的存儲(chǔ)塊需要查詢壞塊表，以確保所獲得存儲(chǔ)塊為好塊。該壞塊管理模塊的主要功能是當(dāng)寫、讀、擦除的下一個(gè)存儲(chǔ)塊被使用時(shí)，立即查詢壞塊表，獲取新的下一個(gè)塊。

存儲(chǔ)區(qū)域管理單元中的寫指針管理模塊，用于在向存儲(chǔ)區(qū)域管理單元獲得使用權(quán)限后向壞塊管理模塊所獲得的存儲(chǔ)塊寫入載荷數(shù)據(jù)。該寫指針管理模塊的管理類似于循環(huán)緩沖區(qū)。在載荷FIFO半滿或者載荷通道已關(guān)閉但載荷FIFO不空的情況下，寫指針管理模塊向存儲(chǔ)區(qū)域管理單元申請(qǐng)存儲(chǔ)塊的使用權(quán)限，獲取使用權(quán)后，將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)塊中。

存儲(chǔ)區(qū)域管理單元中的讀指針管理模塊，用于根據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域管理單元的繼續(xù)讀指令，從當(dāng)前讀指針開始繼續(xù)讀出數(shù)據(jù)，直至數(shù)據(jù)讀空為止，還用于根據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域管理單元的指定塊讀指令讀出指定的存儲(chǔ)塊中的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元中設(shè)置了兩種讀模式，一種是繼續(xù)讀，另一種是指定塊讀。在繼續(xù)讀模式下，存儲(chǔ)區(qū)域管理單元生成繼續(xù)讀指令給讀指針管理模塊，以令其從當(dāng)前讀指針開始，繼續(xù)讀出數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)讀空為止。在指定塊讀模式下，存儲(chǔ)區(qū)域管理單元生成指定塊讀指令給讀指針管理模塊，以令其根據(jù)控制指令參數(shù)，讀出指定的存儲(chǔ)塊的數(shù)據(jù)。

在存儲(chǔ)區(qū)域管理單元中還設(shè)有區(qū)域緩存區(qū)(FIFO)，該區(qū)域緩存區(qū)用于存儲(chǔ)讀指針管理模塊讀出的數(shù)據(jù)，且區(qū)域緩存區(qū)與組復(fù)接幀單元連接，在區(qū)域緩存區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度滿足設(shè)定幀長(zhǎng)時(shí)，區(qū)域緩沖區(qū)將所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送給組復(fù)接幀單元進(jìn)行組合復(fù)接。讀指針管理模塊在從存儲(chǔ)陣列中獲得數(shù)據(jù)后，存入?yún)^(qū)域緩存區(qū)中，當(dāng)區(qū)域緩存區(qū)的數(shù)據(jù)足夠組數(shù)傳發(fā)送幀時(shí)，將數(shù)據(jù)送出組復(fù)接幀。

存儲(chǔ)區(qū)域管理單元中的擦除指針管理模塊用于擦除存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)。該擦除指針管理模塊中有兩種擦除模式，一種是手動(dòng)擦除，另一種是自動(dòng)擦除。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元通過(guò)發(fā)送手動(dòng)擦除控制指令給擦除指針管理模塊，以令其將本存儲(chǔ)區(qū)域管理單元對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的所有存儲(chǔ)塊擦除。自動(dòng)擦除模式，存儲(chǔ)區(qū)域管理單元在檢測(cè)到區(qū)域剩余空間低于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng)擦除指令，以令擦除指針管理模塊擦除一個(gè)存儲(chǔ)塊。

通道復(fù)接與仲裁單元用于為載荷通道配置固定的優(yōu)先級(jí)，在進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)以所配置的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁。存儲(chǔ)使用仲裁單元用于以流水線操作方式根據(jù)當(dāng)前操作地址對(duì)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行使用仲裁。存儲(chǔ)使用仲裁單元由兩種方式，第一種是流水線操作，根據(jù)當(dāng)前操作地址對(duì)各個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行使能；第二種是并行操作，可將多個(gè)存儲(chǔ)單元并行，增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位寬。兩種方式均需要不同地處理。流水線操作方式可以在不增加載荷數(shù)據(jù)緩存的情況下，獲得較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度。并行操作方式需要增大載荷數(shù)據(jù)緩存，并且需要對(duì)載荷存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流進(jìn)行拼接處理，但可以獲得更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度。本發(fā)明的系統(tǒng)中，使用流水線操作的方法，設(shè)計(jì)有兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)陣列，存儲(chǔ)陣列206a和存儲(chǔ)陣列206b。存儲(chǔ)單元使用仲裁單元通過(guò)操作地址對(duì)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行使用仲裁。

存儲(chǔ)控制單元對(duì)應(yīng)管理多片存儲(chǔ)陣列，存儲(chǔ)陣列采用Nand Flash非線性閃存，存儲(chǔ)陣列的組織方式如圖4所示，圖4實(shí)施例中顯示為8片F(xiàn)lash。所述存儲(chǔ)控制單元使用并行FLASH擦除、流水線寫入的方式管理FLASH陣列。由于存儲(chǔ)陣列在寫入一頁(yè)之后，需要等待一段時(shí)間才能寫入下一頁(yè)，為了提高寫入速度，采用流水線寫入的策略：即將數(shù)據(jù)寫入到FLASH的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)之后即刻切換到另一片F(xiàn)LASH，繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)。這樣將很大程度上提高寫入速度。寫入方式采用流水線寫入，具體如圖5所示。該存儲(chǔ)控制單元包括接口模塊、寫入校驗(yàn)?zāi)K、讀取校驗(yàn)?zāi)K、以及控制模塊。

存儲(chǔ)控制單元的接口模塊用于生成對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)陣列的操作時(shí)序，所述操作時(shí)序包括復(fù)位、讀ID、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)、以及擦除。存儲(chǔ)控制單元的寫入校驗(yàn)?zāi)K用于對(duì)寫入存儲(chǔ)陣列的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行ECC校驗(yàn)以生成校驗(yàn)碼并存儲(chǔ)，寫入校驗(yàn)?zāi)K用于對(duì)寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)方式選擇明碼校驗(yàn)，在載荷數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)陣列接口模塊的同時(shí)，將數(shù)據(jù)送入ECC校驗(yàn)碼生成邏輯，產(chǎn)生校驗(yàn)碼，存儲(chǔ)到存儲(chǔ)陣列中。存儲(chǔ)控制單元中的讀取校驗(yàn)?zāi)K用于對(duì)從存儲(chǔ)陣列中讀取的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行ECC校驗(yàn)生成校核碼，讀取校驗(yàn)?zāi)K用于對(duì)從存儲(chǔ)陣列讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，在讀出數(shù)據(jù)的同時(shí)，生成ECC校驗(yàn)碼作為校核碼，與存儲(chǔ)的ECC校驗(yàn)碼進(jìn)行對(duì)比。如果沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)誤，則輸出數(shù)據(jù)；如果發(fā)生可糾正錯(cuò)誤則糾錯(cuò)，并輸出數(shù)據(jù)；如果發(fā)生不可糾正錯(cuò)誤，則標(biāo)記壞塊，輸出數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)控制單元的控制模塊與接口模塊、寫入校驗(yàn)?zāi)K、以及讀取校驗(yàn)?zāi)K控制連接，用于對(duì)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行初始化、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)讀出、擦除、壞塊標(biāo)記操作，在數(shù)據(jù)讀出時(shí)，控制模塊比對(duì)對(duì)應(yīng)讀出的數(shù)據(jù)的讀取校驗(yàn)?zāi)K生成的校核碼和寫入校驗(yàn)?zāi)K生成的校驗(yàn)碼，若比對(duì)成功，則輸出數(shù)據(jù)，若比對(duì)發(fā)生錯(cuò)誤，則糾正錯(cuò)誤或標(biāo)記壞塊，并輸出數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)控制單元的控制模塊對(duì)其他各個(gè)模塊進(jìn)行統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)陣列初始化、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)讀出、擦除、壞塊標(biāo)記等功能。存儲(chǔ)陣列初始化在系統(tǒng)上電后執(zhí)行，首先對(duì)所有存儲(chǔ)陣列進(jìn)行復(fù)位，然后讀出每一片存儲(chǔ)陣列的ID號(hào)，進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)失敗，則標(biāo)記存儲(chǔ)陣列錯(cuò)誤狀態(tài)，反應(yīng)到系統(tǒng)遙測(cè)信息中。對(duì)于數(shù)據(jù)寫入，在寫入數(shù)據(jù)之前，首先判斷上次寫入數(shù)據(jù)狀態(tài)，如果狀態(tài)顯示“編程失敗”，則根據(jù)保存的上一次操作地址，獲得操作塊，將該塊標(biāo)記為壞塊。對(duì)于數(shù)據(jù)讀出，發(fā)生不可糾正錯(cuò)誤時(shí)，標(biāo)記壞塊。對(duì)于擦除，首先執(zhí)行存儲(chǔ)陣列擦除，擦除完畢后檢查擦除存儲(chǔ)陣列的狀態(tài)，如果狀態(tài)顯示擦除失敗，則標(biāo)記該塊為壞塊。

存儲(chǔ)陣列用于存儲(chǔ)載荷數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)陣列采用Nand Flash作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)的容量可以根據(jù)需求進(jìn)行裁剪。

組復(fù)接幀單元與存儲(chǔ)區(qū)域管理單元對(duì)應(yīng)連接，用于對(duì)存儲(chǔ)區(qū)域管理單元從存儲(chǔ)陣列中讀取的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行組合復(fù)接以形成復(fù)接幀。存儲(chǔ)區(qū)域管理單元的區(qū)域緩存區(qū)中存儲(chǔ)有讀出的載荷數(shù)據(jù)，當(dāng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量足夠組一個(gè)數(shù)傳幀的時(shí)候，將數(shù)據(jù)發(fā)送給組復(fù)接幀單元進(jìn)行組復(fù)接幀形成復(fù)接幀存入復(fù)接幀緩存單元209中。復(fù)接幀緩存單元209用于存儲(chǔ)組復(fù)接幀單元形成的復(fù)接幀，如圖6所示，復(fù)接幀的結(jié)構(gòu)包括虛擬信道標(biāo)識(shí)符、地址信息、以及有效數(shù)據(jù)，虛擬信道標(biāo)識(shí)符用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)類型，地址信息用于標(biāo)識(shí)有效數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)序列中存儲(chǔ)塊的地址編號(hào)。有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度則由數(shù)傳幀結(jié)構(gòu)容納的有效數(shù)據(jù)決定。

信道復(fù)接單元，用于對(duì)組復(fù)接幀單元形成的復(fù)接幀和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收通道接收的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接，以形成數(shù)據(jù)傳輸幀。信道復(fù)接單元對(duì)實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)采用全同步方式進(jìn)行復(fù)接，將實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)封裝于數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙予以發(fā)送；信道復(fù)接單元對(duì)復(fù)接幀采用非同步方式進(jìn)行復(fù)接，將復(fù)接幀封裝于數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙之間予以發(fā)送，將根據(jù)不同復(fù)接幀的不同情況按非固定時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。。信道復(fù)接單元將復(fù)接幀封裝于數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙之間時(shí)，當(dāng)復(fù)接幀緩存單元中存在完整的復(fù)接幀時(shí)，將完整的復(fù)接幀取出并封裝于數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙之間；當(dāng)復(fù)接幀緩存單元中不存在完整的復(fù)接幀時(shí)，于數(shù)據(jù)傳輸幀的預(yù)設(shè)時(shí)隙之間封裝填充幀。如圖7所示，實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)幀形式在預(yù)設(shè)的時(shí)隙中發(fā)送，載荷數(shù)據(jù)形成的復(fù)接幀以數(shù)傳幀形式封裝發(fā)送，在復(fù)接幀緩存單元中存儲(chǔ)完整的復(fù)接幀時(shí)，將復(fù)接幀取出，封裝數(shù)傳發(fā)送幀發(fā)送。當(dāng)復(fù)接幀緩存單元中沒(méi)有完整的幀時(shí)，則發(fā)送填充幀，數(shù)傳格式采用CCSDS AOS幀協(xié)議，幀長(zhǎng)1024Bytes。信道復(fù)接單元形成的數(shù)據(jù)傳輸幀發(fā)送到組數(shù)傳發(fā)送幀211內(nèi)。

信道編碼單元212用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸幀進(jìn)行編碼、加擾、并串轉(zhuǎn)換、分路、以及卷積編碼處理，以輸出CLK信號(hào)、I路信號(hào)、以及Q路信號(hào)發(fā)送給數(shù)傳發(fā)射機(jī)16。由數(shù)傳凡涉及16進(jìn)行發(fā)送。具體流程如圖8所示，數(shù)據(jù)傳輸幀送入多個(gè)RS編碼中進(jìn)行編碼處理，然后對(duì)經(jīng)RS編碼的數(shù)據(jù)傳輸幀進(jìn)行加擾，在進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，繼而進(jìn)行IQ分路，對(duì)分路的信號(hào)進(jìn)行卷積編碼，最后輸出I路信號(hào)和Q路信號(hào)。

指令控制單元213通過(guò)CAN總線連接微納衛(wèi)星平臺(tái)總線15，用于接收微納衛(wèi)星平臺(tái)總線15發(fā)送的控制指令和獲取系統(tǒng)狀態(tài)并通過(guò)微納衛(wèi)星平臺(tái)總線發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。該指令控制單元213與高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的各單元均控制連接，以實(shí)現(xiàn)將接收到的控制指令發(fā)送給相應(yīng)的單元。設(shè)計(jì)的控制指令以及控制指令功能如表1所示。

表1系統(tǒng)控制指令列表

系統(tǒng)在接收到遙測(cè)請(qǐng)求指令后，立即返回遙測(cè)數(shù)據(jù)以反映當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)。返回的狀態(tài)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2遙測(cè)信息列表

系統(tǒng)接收的載荷數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到內(nèi)部NAND FLASH陣列中。通過(guò)控制指令可以控制存儲(chǔ)的載荷數(shù)據(jù)回放。回放的載荷數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)傳組幀，并與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接，經(jīng)過(guò)信道編碼，最終通過(guò)數(shù)傳通道1、2發(fā)送到數(shù)傳發(fā)射機(jī)，下傳到地面。采用大規(guī)模FLASH型FPGA(型號(hào)：Microsemi M2S090-FBGA484)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)不依賴任何處理器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)需求進(jìn)行通道裁剪。系統(tǒng)使用NAND FLASH(型號(hào)：MT29F32G08AFABA)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，F(xiàn)LASH的容量也可以根據(jù)需求進(jìn)行裁剪。

綜上，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：多路高速載荷數(shù)據(jù)接收；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；NAND FLASH陣列管理；；數(shù)據(jù)回放；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)接；數(shù)傳信道編碼；數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)指令控制和系統(tǒng)狀態(tài)獲取。本發(fā)明解決了星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)體積、功耗、質(zhì)量、成本等各方面問(wèn)題。就目前設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)情況來(lái)看，單板尺寸165mm*80mm；質(zhì)量約80g；常值功耗1W，峰值功耗2W；NAND FLASH容量256Gbits，并且通過(guò)更換FLASH芯片，容量可以直接增至512Gbits；載荷LVDS接口3路，并且可裁剪；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口2路，可裁剪；數(shù)傳接口2路，可裁剪；總線接口2路。在實(shí)際工程應(yīng)用中，該數(shù)管系統(tǒng)成功應(yīng)用于某型號(hào)微納衛(wèi)星中，取得了非常好的效果。

綜上所述，本發(fā)明高速一體化星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可與微納衛(wèi)星計(jì)算機(jī)電子學(xué)模塊集成的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提供衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、回放，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能；具備高速數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)能力；具備多路數(shù)據(jù)復(fù)接能力；具備數(shù)傳信道編碼功能；具備數(shù)據(jù)點(diǎn)播回放和實(shí)時(shí)回放功能。另外，本發(fā)明還解決了星載數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)體積、功耗、質(zhì)量、以及成本的問(wèn)題。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。