[發明專利]一種皮衛星星載計算機狀態回卷溫備份的方法

有效

• 申請號: 201310364866.6
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103440184A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 蔣勇;鄭陽明;曹漢超;蘇星;王嬋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F11/20
• 分類號: G06F11/20
• 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

本發明涉及衛星的狀態回卷溫備份的實現方法，尤其涉及一種皮衛星星載計算機狀態回卷溫備份的方法。

背景技術

皮衛星是指重量為公斤級的超微小衛星，它一般以微電子、MEMS（Micro?Electronic?Mechanical?System，微型機電系統）、多芯片封裝組裝等微小型化技術為基礎，具有自主控制程度高、重量輕、研制周期短、機動性強、造價和發射成本低等特點。

皮衛星作為一個完整的軌道飛行器，將經歷和承受主動段和軌道飛行過程中各惡劣環境條件。這要求皮衛星的星載計算機管理系統具有很高的可靠性。在傳統的衛星設計中，通常采用高等級的器件、大量分立元件和分系統級別的備份等多種方法和措施的綜合應用來保證可靠性。這種設計方法，與皮衛星的自身特點相沖突。尤其以中國高校為主的皮衛星研制中，缺乏高等級的器件獲取渠道、研制經費受限，該方法的局限性更加明顯。

為了提高皮衛星系統的可靠性，對核心計算單元通常采用雙模備份、三模冗余等措施。其中雙模備份相對三模冗余，是一種對功耗和體積要求較低的可靠性保障方法，應用范圍較為廣泛。

雙模備份通常由冷備份、熱備份、溫備份三種方法。其中，冷備份對器件來說，相對SEU事件（Single?Event?Upset，單粒子翻轉）最為安全，但是冷備份的實時性較差，在主備切換時需要很長時間等待備份單元進入正常工作狀態；熱備份實時性最好，但其對SEU的可靠性沒有本質的提升，與主機有相同的概率受到SEU的影響；溫備份介于兩者之間，可以在一定程度上降低SEU事件的影響，又能滿足一般系統的實時性要求。

目前，國內外溫備份方案不足在于：僅對運行過程中的關鍵數據采用單一備份，缺乏考慮所備份關鍵信息本身存在錯誤的情況，這將對備份切換后系統的連續性和正確性造成影響。

發明內容

本發明提供了一種皮衛星星載計算機狀態回卷溫備份的方法，該方法主要運用于皮衛星的星載計算機系統，兼顧了皮衛星系統的實時性和可靠性要求，具有一定的通用性，可推廣到其他衛星系統中。

一種皮衛星星載計算機狀態回卷溫備份的方法，實施于包括依次連接的雙模同構微處理器模塊、FPGA和FLASH的系統中，所述的雙模同構微處理器模塊由兩個同構DSP組成；所述的方法包括以下步驟：

（1）依次加載兩個同構DSP，且兩個DSP同時輸出加載成功標識至FPGA，FPGA根據所述的加載成功標識喚醒任一DSP作為主DSP，另一個DSP作為備份DSP；

（2）主DSP將運算過程中產生的關鍵信息保存至FLASH的關鍵信息隊列中，同時主DSP定時發送心跳信號給所述的FPGA；

（3）FPGA根據心跳信號的監聽情況判斷主DSP的運行狀態；

a）若主DSP工作正常，則循環操作步驟（2）；

b）若主DSP出現異常，FPGA發出切換動作指令啟用備份DSP；

（4）備份DSP從所述的關鍵信息隊列中回卷提取最近一次正確的關鍵信息，并將備份DSP作為新的主DSP，以所述正確的關鍵信息為恢復點繼續前一主DSP的運算任務。

FPGA包括依次連接的數據交互模塊、總線選擇模塊和心跳監控模塊，且兩個同構DSP均與所述的數據交互模塊、總線選擇模塊和心跳監控模塊連接；FLASH設有與所述數據交互模塊連接的數據管理模塊。

所述雙模同構微處理器模塊由2片同構低功耗DSP（Digital?Signal?Processor,數字信號處理器）組成主備工作模式，主要工作分為星務計算、提取關鍵點、加載關鍵點三部分。當正常工作時實現皮衛星星務管理、指令收發、數據采集、運算及處理等功能；對以定時或事件為觸發的關鍵點信息采樣保存至信息隊列；當發生切換動作時，通過比對機制從所述數據管理模塊中獲取正確的關鍵點信息，確保星務計算的連續性與正確性。

心跳監控模塊由FPGA實現，主要完成實現對雙模同構微處理器工作狀態監聽。所述心跳監聽模塊的監聽模式采用看門狗機制，即周期性接收來自當前主DSP的心跳信號，若在規定時間內沒有監聽到當前主DSP心跳信號則判定當前主DSP失效，否則判定當前主DSP正常，并將該判決結果反映給所述總線選擇模塊。

總線選擇模塊由FPGA實現，根據所述心跳監控模塊反饋依據DSP總線切換策略，判決雙模同構DSP的主備機狀態。所述DSP總線切換策略，即接收所述心跳監控模塊心跳監聽反饋，若當前主DSP心跳停止，將總線切換至備份DSP。