[發明專利]一種并行處理的雙機容錯星上處理系統

有效

• 申請號: 201210120308.0
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN102708012A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 崔騫;朱翔宇;沙立偉;宋振宇;單琦;鄭宏強
• 申請（專利權）人: 航天恒星科技有限公司
• 主分類號: G06F9/52
• 分類號: G06F9/52;G06F11/07
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種并行處理的雙機容錯星上處理系統，主要用于星上相機原始圖像的高速并行處理，并利用雙機容錯結構在保證高性能處理的可靠性。

背景技術

星載計算機是衛星綜合電子系統的控制和管理中心，承擔著衛星姿態與軌道控制、衛星星務管理、有效載荷數據管理與處理等任務，是衛星控制的中心，其重要性不言而喻。而且星載系統要在惡劣的空間環境中長時間可靠運行，所以高可靠性設計成為系統設計的關鍵。由于星上處理系統對于系統的可靠性有嚴格要求，因此通常在星上處理系統實現采用冗余設計，來保證系統可靠性。冗余技術是一種典型的容錯技術，利用系統中存在的冗余部件來接替故障部件的工作，達到故障屏蔽的目的。冗余技術也稱為故障屏蔽技術，可分為靜態冗余技術和動態冗余技術兩種：

靜態冗余技術在模塊出現故障時，使用系統內的冗余模塊接替故障模塊的工作，達到屏蔽故障、提高系統容錯能力的目的。這種技術主要用于核電站等可靠性要求極高且在一段時間內既要保持連續運行又無法修理的地方。但靜態冗余只是單純的容忍故障，且故障容忍能力受到本身靜態冗余配置的限制。也就是說故障模塊繼續存在于系統中，使得系統的可靠性越來越低，當冗余資源因故障積累而耗盡時，部件發生故障必然使系統失效。因此，人們提出了動態冗余的思想，使系統的容錯能力進一步提高。

動態冗余技術是綜合運用靜態冗余技術，故障檢測、診斷和處理技術來達到更強容錯能力的一種綜合容錯技術。動態體現在作為系統正常資源的冗余模塊數隨檢測到的故障數變化。系統在正常狀態下以標準模塊配置進行工作，一旦檢測出故障就進行處理和恢復，從而消除故障的影響，達到容錯的目的。

在動態冗余技術中，雙機熱備份是星上處理系統中常用的冗余技術。雙機熱備份是指在正常運行時，兩機都加電而其中一機(A)正常工作，另外一機(B)定時檢測并得到A的工作狀態，當A出現故障時，B恢復A的狀態并接替其工作。雙工熱備份是指正常時兩機都工作，對輸入作相同的處理，但處理的過程可能不同，輸出應該是相同的，這樣兩機同時互為備份，即雙模冗余。

通常在星上處理系統中的雙機熱備份都是應用在CPU間，即處理系統采用多核CPU架構，而這種結構存在處理器間狀態不易同步的問題，同時由于所有處理都是以CPU為處理核心，很多處理環節不能得到優化，因此這種架構通常以犧牲系統資源的方式來換取系統的性能和可靠性。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種并行處理的雙機容錯星上處理系統，將雙機熱備架構應用于微處理器間，解決了處理器間狀態不易同步及單處理器進行圖像處理時資源利用不足的問題。

本發明的技術解決方案是：一種并行處理的雙機容錯星上處理系統，包括圖像預處理器(1)、鏈路選通器(2)、圖像檢測與識別器(3)、衛星數據管理器(4)、時鐘單元(5)、看門狗(6)、電源管理(7)和圖像處理樣本存儲區(8)；

圖像預處理器(1)采用了兩片FPGA實現雙機容錯結構，即主備份結構，分別與星上相機及鏈路選通器(2)相連；每片FPGA對相機原始圖像數據進行預處理，預處理包括輻射校正和幾何校正，預處理后得到1級圖像數據送至鏈路選通器(2)；

鏈路選通器(2)連接圖像預處理器(1)、圖像檢測與識別器(3)和衛星數據管理器(4)的IO或外部總線，實現三者之間的通信；對圖像預處理器(1)、圖像檢測與識別器(3)和衛星數據管理器(4)的配置存儲器進行數據回讀、數據校驗和數據修復，對1級圖像數據進行拆分和解析得到狀態數據和載荷數據，所述載荷數據是指相機拍攝的圖像數據，除載荷數據外的輔助信息數據為狀態數據；將狀態數據送至衛星數據管理器(4)，載荷數據作為2級圖像數據送至圖像檢測與識別器(3)；接收看門狗(6)反饋信號，完成對各可編程芯片的復位；管理電源模塊(7)；

圖像檢測與識別器(3)采用兩片DSP實現雙機容錯結構，即主備份結構，分別與鏈路選通器(2)相連接；對鏈路選通器(2)傳遞的2級圖像數據中的無效數據進行剔除，并將剔除后的數據回傳給鏈路選通器(2)用于后續的數據存儲處理；所述無效數據是指被云層或沙霧所遮掩的圖像數據；