[發(fā)明專利]一種基于ARM的多級容錯星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910472740.8
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110162432B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁軍;劉莉;張曉曦;高奇;崔秀海;彭宇;彭喜元
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F11/20
• 分類號: G06F11/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 董玉嬌

一種基于ARM的多級容錯星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，涉及一種小衛(wèi)星星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。解決了小衛(wèi)星星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高性能、高可靠性與體積小、重量輕之間難以兼得的問題。本發(fā)明包括主控板和備份板，二者通過PC104插件連接，從而實(shí)現(xiàn)二者間的信號傳輸；主控板包括兩個ARM主控模塊，且兩個ARM主控模塊采用非抗輻射級ARM處理器實(shí)現(xiàn)；備份板包括單片機(jī)監(jiān)控模塊和電源模塊，且單片機(jī)監(jiān)控模塊采用抗輻射級單片機(jī)實(shí)現(xiàn)；電源模塊用于給兩個ARM主控模塊和單片機(jī)監(jiān)控模塊進(jìn)行供電。本發(fā)明主要應(yīng)用于小衛(wèi)星上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種小衛(wèi)星星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

星載計(jì)算機(jī)是衛(wèi)星的管理控制中心，負(fù)責(zé)整星的數(shù)據(jù)信息采集、分析與處理，各分系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，衛(wèi)星星務(wù)管理，衛(wèi)星姿態(tài)控制等，以實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星的安全可靠運(yùn)行。因此，星載計(jì)算機(jī)在衛(wèi)星中占據(jù)重要地位，其性能與可靠性對衛(wèi)星而言非常重要。

體積小、質(zhì)量輕、成本低是小衛(wèi)星的顯著特點(diǎn)，作為小衛(wèi)星重要組成部分的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也需要滿足這些特點(diǎn)。另外，星載計(jì)算機(jī)在完成各項(xiàng)管理任務(wù)的同時，還需要完成復(fù)雜的姿控計(jì)算。且隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，小衛(wèi)星綜合性越來越強(qiáng)，星載計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)越來越豐富，未來可能需要進(jìn)行更多的復(fù)雜計(jì)算，計(jì)算型任務(wù)加重。因此，星載計(jì)算機(jī)對處理性能的要求也越來越高。為保證可靠性，星載計(jì)算機(jī)通常采用的是抗輻射級的處理器，且采用雙冗余的結(jié)構(gòu)，但抗輻射級的處理器性能不高。小衛(wèi)星多采用商用器件(Commercial-off-the-shelf,COTS)，既降低了成本，同時還具備較高的性能，但是抗輻射能力差。

為了提高抗輻射能力，有的小衛(wèi)星星載計(jì)算機(jī)采用多模冗余的體系結(jié)構(gòu)，通過增加系統(tǒng)的冗余度來提高可靠性。但是這樣會造成資源開銷的成倍增長，成本的成倍增長，以及體積、重量的增加，與小體積、輕重量的要求不符，對于一些體積非常小的微小衛(wèi)星是不適用的。因此，以上問題亟需解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決小衛(wèi)星星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高性能、高可靠性與體積小、重量輕之間難以兼得的問題，本發(fā)明提供了一種基于ARM的多級容錯星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

一種基于ARM的多級容錯星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括主控板和備份板，二者通過PC104插件連接，從而實(shí)現(xiàn)二者間的信號傳輸；

主控板包括兩個ARM主控模塊，且兩個ARM主控模塊采用非抗輻射級ARM處理器實(shí)現(xiàn)；

備份板包括單片機(jī)監(jiān)控模塊和電源模塊，且單片機(jī)監(jiān)控模塊采用抗輻射級單片機(jī)實(shí)現(xiàn)；

兩個ARM主控模塊均用于實(shí)現(xiàn)承擔(dān)星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算型任務(wù)及星務(wù)管理任務(wù)，并根據(jù)星務(wù)管理任務(wù)發(fā)出控制指令；

兩個ARM主控模塊中的一個或兩個ARM主控模塊作為星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主處理器，單片機(jī)監(jiān)控模塊用于對主處理器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定主處理器是否故障，并對故障的主處理器進(jìn)行切機(jī)操作；

單片機(jī)監(jiān)控模塊還用于根據(jù)兩個ARM主控模塊發(fā)出的控制指令，對相應(yīng)的外設(shè)進(jìn)行控制；

電源模塊用于給兩個ARM主控模塊和單片機(jī)監(jiān)控模塊進(jìn)行供電。

優(yōu)選的是，星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括三種工作模式，

其一、因兩個ARM主控模塊故障，二者停止工作，僅單片機(jī)監(jiān)控模塊工作，此模式為衛(wèi)星應(yīng)急模式；

其二、一個ARM主控模塊和單片機(jī)監(jiān)控模塊處于工作狀態(tài)，另一個ARM主控模塊處于非工作狀態(tài)，此模式為正常工作模式；

其三、兩個ARM主控模塊和單片機(jī)監(jiān)控模塊均處于工作狀態(tài)，此模式為冗余工作模式。

優(yōu)選的是，每個ARM主控模塊包括ARM最小系統(tǒng)、RS422收發(fā)器和CAN收發(fā)器；

ARM最小系統(tǒng)通過RS422收發(fā)器與RS422總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；