[發明專利]基于FPGA擴展的皮衛星星務管理系統

無效

• 申請號: 200910100928.6
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101866308A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張鈺;鄭陽明;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F11/16
• 分類號: G06F11/16;G06F13/38
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及計算機領域，尤其涉及一種皮衛星星務管理系統的改進。

背景技術

傳統衛星由于體積和功耗比較充裕，一般采用星務計算機熱備份、冷備份、互援備份等容錯控制策略。熱備份方式雖然實時性最好，但具有仲裁模塊，電路復雜，當雙機熱備份比對不一致時，仍無法判斷故障機。冷備份方式具有監控模塊，小衛星還需要模擬電路以實現安全模式，發生故障時不具備自主的實時恢復能力，需要地面人工干預才能恢復，實時性最差。

皮衛星星務管理系統的集成度很高，并且在體積功耗等因素的限制下，顯然不能簡單的照搬傳統衛星的容錯設計方法。需要根據皮衛星星務管理功能特點，采用更加合適，更減少開銷的容錯控制策略。

發明內容

本發明提供一種可靠性、安全性及實時性很高的基于FPGA擴展的皮衛星星務管理系統，可以實現對兩臺星務計算機及外圍分系統的數據的擴展、共享、切換及監控。

一種基于FPGA擴展的皮衛星星務管理系統，包括：

(a)兩臺星務計算機，其中一臺運行時，另一臺處于溫備份狀態；

(b)星務計算機切換模塊，用于兩臺星務計算機的切換；

兩臺星務計算機采用溫備份方式，當第一星務計算機出現問題時可以將所有功能以及總線連接切換到第二星務計算機；

(c)模擬I2C總線模塊，用于各外圍分系統的數據采集和命令傳送；

各外圍分系統可以根據實際需要設置，均通過模擬I2C總線模塊接入星務管理系統，進而實現與星務計算機的數據傳輸；

(d)內部看門狗模塊，用于監測正在運行的星務計算機(包括第一星務計算機與第二星務計算機)是否工作在正常狀態下，并可以復位所述的皮衛星星務管理系統使其重新初始化；

(e)中斷模塊，用于星務計算機和各外圍分系統通信時中斷信號的檢測和處理。

所述的模擬I2C總線模塊包括：

I2C配置寄存器(i2ccf)，用于設置模擬I2C總線模塊的總線通信速率及選擇通訊通道；

I2C控制寄存器(i2ccon)，用于控制模擬I2C總線模塊的總線傳輸和提供狀態信息；

以及I2C數據寄存器(i2cdat)，用于保存發送或接收的數據字節。

所述的內部看門狗模塊包括：

溢出次數計數器(cnt_wdt)，用于記錄復位清零的次數；

復位清零控制寄存器(cnt_clrcon)，用于對溢出次數計數器(cnt_wdt)進行清零，總溢出計數器(cnt_rst)的狀態也反映在其中；

總溢出計數器(cnt_rst)，用于當溢出次數計數器(cnt_wdt)記錄的復位清零次數到達5次時就向星務計算機切換模塊(recv_sel)輸出溢出復位信號cnt_rst_ov，表示需要切換星務計算機；

以及兩個用于暫存數據的寄存器。

本發明皮衛星星務管理系統采用溫備份方式，不需要仲裁電路，雖雙機切換時間比熱備份方式稍長，但對于飛輪及磁力矩器控制的姿態變化較慢的皮衛星，這種容錯控制策略足夠適用，而且發生故障時可自動切換，提高了皮衛星的可靠性和安全性，實時性也較好。

皮衛星星務管理系統是衛星系統監控管理與數據采集的關鍵分系統，可實時監測各分系統的運行狀態，在衛星在軌過程中定時采集各分系統狀態數據與各路傳感器數據并進行存儲，在測控弧段內由地面指令控制回發數據。另外，星務計算機留有綜合測試接口，作為整星測試時的數據通道。可見星務管理系統是整星的關鍵核心，為了完成多總線的擴展，模塊的共享，雙星務計算機的切換，分系統的監控，星務必然需要一個連接星務計算機和各底層系統間的綜合功能很強的部件。

FPGA在皮衛星星務管理系統中按照需要設立模塊，編程解決了復雜的邏輯功能，同時為了星上工作的需要各方面的設計都是首先出于對系統可靠性的保證，而使用FPGA又很好的符合了低功耗，小體積，低成本的皮衛星特點。

本發明皮衛星星務管理系統結合皮衛星“重量輕、體積小、成本低、研制周期短”具體特點，在硬件的容錯設計中以雙模冗余方案搭建系統的容錯結構，并根據衛星的運行要求實現了適用于皮衛星的基于FPGA的擴展、共享、切換以及監控。完成多總線的擴展，模塊的共享，雙星務計算機的切換，分系統的監控等，并在皮衛星樣機和地面試驗中，通過綜合測試軟件驗證了帶來的很好的效果。

附圖說明

圖1為本發明皮衛星星務管理系統的總體結構框圖；

圖2為本發明皮衛星星務管理系統的I2C的邏輯狀態變化的狀態圖(有限狀態機FSM)；

圖3為本發明星務計算機通過模擬I2C總線模塊讀數據時序圖；