[發明專利]三模冗余控制和數據管理計算機及其使用方法

在審

• 申請號: 201410431388.0
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104182305A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 田文波;鄭攀;關寧;孫逸帆;邱源
• 申請（專利權）人: 上海航天電子通訊設備研究所
• 主分類號: G06F11/16
• 分類號: G06F11/16
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及計算機體系架構技術領域，尤其是一種抗空間瞬時錯誤的高可靠計算機體系架構。

背景技術

隨著一些空間應用的需求，采用多星上面級實現衛星的承載任務，上面級控制和數據管理計算機兼顧了箭載計算機和星載計算機的典型特點。上面級控制和數據管理計算機既要具有箭載計算機高實時性、低成本的特點，又要具有星載計算機抗空間瞬時錯誤能力、自主管理任務的特點。

現有的星載計算機主備冗余體系架構，工作模式較多，需要在軌長期運行，單機可靠性要求高，實際應用中很少進行主備切換動作，采用的元器件質量等級非常高。現有的箭載計算機工作時間短、對外接口相對簡單，核心處理器一般采用低成本元器件實現，更多實現核心處理器模塊的三冗余設計，接口冗余較少。上面級控制與數據管理計算機要求通過1553B總線調度管理和直接指令接口進行上面級的飛行控制與信息監測，實現控制分系統及測控分系統的控制任務，控制分系統部分主要完成導航、姿態確定、軌道控制和故障管理，測控分系統部分主要完成上面級遙測遙控數據管理和程控管理。

發明內容

本發明要解決的技術問題是在星載計算機中，如何抗空間瞬時錯誤。

為了解決這一技術問題，本發明提供了一種高可靠三模冗余控制和數據管理計算機，包括了電源模塊、固態存儲模塊、表決控制模塊、接口控制模塊和三個處理器模塊，所述電源模塊包括三個電源單元，分別為三個所述處理器模塊供電，進而實現對所述固態存儲模塊、表決控制模塊、接口控制模塊供電，所述固態存儲模塊包括三個固態數據存儲單元，分別與三個所述處理器模塊間實現信號互通，且與地面的測控通訊機實現信號互通，所述表決控制模塊包括三個表決控制單元，每個所述表決控制單元均與三個所述處理器模塊之間實現信號互通，每個所述表決控制單元的輸出接口包括了所述1553B總線輸出接口、OC門輸出接口、RS422通訊輸出接口，均通過對應的表決控制單元控制其輸出使能或禁止狀態。

三個所述處理器模塊的硬件、軟件配置均相同，所述處理器模塊至少包括CPU以及與所述CPU連接的SRAM、SDRAM、PROM、EEPROM、FPGA，所述PROM至少用于存儲系統的啟動程序；所述EEPROM至少用以存儲軟件程序和配置信息，所述SRAM至少用以運行軟件程序；所述SDRAM至少用以存儲其他數據。

所述表決控制單元至少包括了FPGA與連接于所述FPGA的SRAM，所述FPGA分別與三個所述處理器模塊連接。

所述的高可靠三模冗余控制和數據管理計算機包含三種工作模式，分別是三機冗余模式、雙機熱備模式以及僅一個處理器模塊運行的單機模式；

所述三機冗余模式中，三個所述處理器模塊分別運行，且通過所述處理器模塊和表決控制模塊選擇其中一個處理器模塊輸出數據；

所述雙機熱備模式中，一個所述處理器模塊作為當班機運行并輸出數據，另一個作為備用機運行但不輸出數據。

在高可靠三模冗余控制和數據管理計算機的基礎上，本發明還提供了其使用方法，該方法包括一同步過程，用以實現本發明所述的高可靠三模冗余控制和數據管理計算機中三個處理器模塊的同步，該同步過程包括如下步驟：

每個所述表決控制單元產生一個冗余的同步脈沖，三個同步脈沖傳至每個所述處理器模塊；

所述處理器模塊中的FPGA依據三取二表決的邏輯選擇一個同步脈沖，并把該同步脈沖發送至所述處理器模塊中的CPU，從而使得三個CPU在統一的同步脈沖驅動下工作。

在高可靠三模冗余控制和數據管理計算機的基礎上，本發明還提供了其使用方法，該方法包括依次實施的數據表決過程和輸出權表決過程，用以實現本發明所述的高可靠三模冗余控制和數據管理計算機中三個處理器輸出什么數據的表決以及哪個處理器模塊進行輸出的表決；

該數據表決過程包括如下步驟：

每個所述處理器模塊分別從各自對應的表決控制單元讀取所有三個處理器模塊的輸出數據；

然后進行三取二表決，得到輸出的數據；

該輸出權表決過程包括如下步驟：

三個所述處理器模塊依據數據表決過程的表決結果，表決選擇一個用以輸出數據的處理器模塊，并將選擇結果傳輸至所述表決控制單元；

每個所述表決控制單元接受三個所述處理器模塊傳輸而來的選擇結果進行三取二表決，確定用以輸出數據的處理器模塊，最后將表決結果反饋給所述處理器模塊，從而實現輸出。