《一種可在軌組裝的星載計算機系統》是上海航天測控通信研究所於2015年8月14日申請的專利，該專利公布號為CN104991879A，專利公布日為2015年10月21日，發明人是盧盼峰、邱源、游紅俊、孫逸帆、白亮、徐文彬。
《一種可在軌組裝的星載計算機系統》提供了一種可在軌組裝的星載計算機系統，其特徵在於，包括：數據處理模組和熱插拔固存模組；所述數據處理模組和熱插拔固存模組通過CPCI匯流排連線通信；所述數據處理模組用於：狀態自檢與診斷，數據管理與任務調度控制，作為CPCI匯流排的主控設備對CPCI匯流排進行管理；所述熱插拔固存模組用於：在軌組裝的電源管理，存儲用戶圖像數據，作為CPCI匯流排終端設備回響處理器模組請求進行CPCI匯流排數據通信。可在軌組裝的星載計算機實現了嵌入式星載計算機模組的熱插拔操作，可以適合未來多種太空飛行器在軌維護與服務的需求。
（概述圖為《一種可在軌組裝的星載計算機系統》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種可在軌組裝的星載計算機系統
- 公布號：CN104991879A
- 公布日：2015年10月21日
- 申請號：2015105010216
- 申請日：2015年8月14日
- 申請人：上海航天測控通信研究所
- 地址：上海市虹口區新港街道天寶路881號
- 發明人：盧盼峰、邱源、游紅俊、孫逸帆、白亮、徐文彬
- Int. Cl.：G06F13/40(2006.01)I
- 專利代理機構：上海漢聲智慧財產權代理有限公司31236
- 代理人：胡晶
專利背景,發明內容,發明目的,最佳化方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,
專利背景
在科學技術不斷發展與進步的時代，空間在軌服務技術顯現出了巨大的優勢與效益，歐美等航天大國均意識到“空間在軌服務”技術的必要性，開展了空間在軌服務的概念、基本方案、效益評估和一些關鍵技術的研究。空間在軌服務技術按服務體類型可分為有人在軌服務和自主在軌服務兩部分，截止2015年之前，在軌服務的關鍵技術主要圍繞著有人在軌服務展開，主要是利用太空梭或太空飛船將航天員送入太空進行如組裝、回收、修理、釋放等服務任務，如利用航天員釋放太陽能帆板，修復哈勃太空望遠鏡等等。但是有人在軌服務具有成本高、風險大等缺點以及航天員出艙完成在軌服務具有一定的局限性。
隨著航天技術的不斷發展和空間探索任務的需求，對空間在軌服務提出了更高的要求，同時近年來人工智慧、機器人等新興技術飛速發展，自主在軌服務成為空間在軌服務乃至整個空間技術的重要發展方向。
太空飛行器在軌維護與服務系統是在服務太空飛行器模擬器上安裝小型機械，在目標太空飛行器上安裝相應的可更換模組，通過自主管理程式或者遙控操作指令操作機械臂完成星載計算機的在軌組裝操作。因此，有必要設計出一種具有在上電情況下可以進行模組插拔替換的高可靠、高性能的嵌入式星載計算機，以滿足太空飛行器在軌維護與服務系統的需求。
發明內容
發明目的
《一種可在軌組裝的星載計算機系統》的目的是提供一種能夠滿足太空飛行器在軌維護與服務系統的需求的可在軌組裝的星載計算機系統。
最佳化方案
《一種可在軌組裝的星載計算機系統》包括：數據處理模組和熱插拔固存模組；所述數據處理模組和熱插拔固存模組通過CPCI匯流排連線通信；所述數據處理模組用於：狀態自檢與診斷，數據管理與任務調度控制，作為CPCI匯流排的主控設備對CPCI匯流排進行管理；所述熱插拔固存模組用於：在軌組裝的電源管理，存儲用戶圖像數據，作為CPCI匯流排終端設備回響處理器模組請求進行CPCI匯流排數據通信。所述數據處理模組包括：處理器、存儲器模組以及通信接口；所述數據處理模組配置為CPCI匯流排的主控設備，所述數據處理模組用於：通過所述通信接口載入調試程式並將所述調試程式存入所述存儲器模組，進而進行所述狀態自檢和診斷，和通過所述通信接口對外通信、熱插拔操作控制、與所述熱插拔固存模組進行CPCI匯流排數據通信、將數據存入所述存儲器模組，從而實現所述數據管理和任務調度。
該最佳化方案，所述處理器為AT697處理器。
該最佳化方案，所述通信接口為422通信接口。
該最佳化方案，所述存儲器模組包括PROM，SDRAM，SRAM；其中，PROM作為程式存儲區，SDRAM和SRAM作為數據存儲區。
該最佳化方案，所述熱插拔固存板包括：電源管理模組、CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH；所述電源管理模組用於：從CPCI匯流排上取電並控制電壓輸出至所述CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH，以及對5V和3.3V輸出電壓提供過載和短路的雙重保護；CPCI匯流排從設備模組從所述CPCI匯流排上獲取數據後傳輸至所述解碼控制模組進行地址解碼獲取操作地址，根據所述操作地址對大容量FLASH不同的頁進行操作。
該最佳化方案，所述電源管理模組包括電源管理晶片LTC1644晶片和LTC1644晶片周邊電路；所述LTC1644晶片從所述CPCI匯流排上取電後進行電壓控制後通過所述LTC1644晶片周邊電路輸出至所述CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH；所述LTC1644晶片對CPCI匯流排上的5V、3.3V、12V、-12V電源進行控制，同時對5V和3.3V輸出電壓提供過載和短路的雙重保護。
該最佳化方案，所述CPCI從設備模組包括PCI接口控制晶片PCI9054和PCI9054周邊電路；所述PCI9054晶片作為CPCI匯流排的終端設備，通過所述CPCI匯流排與所述數據處理模組實現標準的PCI匯流排通信。
該最佳化方案，所述大容量FLASH為4GbitNAND型FLASH晶片，該NAND型FLASH晶片用於存儲用戶提供的數據。
該最佳化方案，還包括二次電源；所述二次電源為所述數據處理模組和熱插拔固存模組提供工作電壓。
改善效果
《一種可在軌組裝的星載計算機系統》提供的在軌模組更換原理樣機，實現了嵌入式星載計算機模組的熱插拔操作，有效的提高了太空飛行器在軌可維護性，並且採用多種可靠性設計手段，提高設備性能和保證熱插拔操作的可靠性，達到了以下下有益效果：
（1）可在軌組裝的星載計算機較好的利用了AT697處理器的硬體和軟體資源，減少了部件數，節約了可在軌組裝的星載計算機的研製費和試驗費，節省了太空飛行器在軌維護與服務系統的空間和研製成本；
（2）可在軌組裝的星載計算機採用標準CPCI匯流排，進行模組化設計，使得可在軌組裝的星載計算機具有較高的通用性，可以滿足採用CPCI匯流排的不同單機的套用需求；
（3）可在軌組裝的星載計算機實現了嵌入式星載計算機模組的熱插拔操作，可以適合未來多種太空飛行器在軌維護與服務的需求。
附圖說明
圖1是一種可選實施例的可在軌組裝的星載計算機系統的電路原理框圖。
圖1
技術領域
《一種可在軌組裝的星載計算機系統》涉及衛星平台技術領域，具體涉及一種可在軌組裝的星載計算機系統。
權利要求
《一種可在軌組裝的星載計算機系統》包括：數據處理模組和熱插拔固存模組；所述數據處理模組和熱插拔固存模組通過CPCI匯流排連線通信；所述數據處理模組用於：狀態自檢與診斷，數據管理與任務調度控制，作為CPCI匯流排的主控設備對CPCI匯流排進行管理；所述熱插拔固存模組用於：在軌組裝的電源管理，存儲用戶圖像數據，作為CPCI匯流排終端設備回響處理器模組請求進行CPCI匯流排數據通信；所述數據處理模組包括：處理器、存儲器模組以及通信接口；所述數據處理模組配置為CPCI匯流排的主控設備，所述數據處理模組用於：通過所述通信接口載入調試程式並將所述調試程式存入所述存儲器模組，進而進行所述狀態自檢和診斷，和通過所述通信接口對外通信、熱插拔操作控制、與所述熱插拔固存模組進行CPCI匯流排數據通信、將數據存入所述存儲器模組，從而實現所述數據管理和任務調度；所述熱插拔固存板包括：電源管理模組、CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH；所述電源管理模組用於：從CPCI匯流排上取電並控制電壓輸出至所述CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH，以及對5V和3.3V輸出電壓提供過載和短路的雙重保護；CPCI匯流排從設備模組從所述CPCI匯流排上獲取數據後傳輸至所述解碼控制模組進行地址解碼獲取操作地址，根據所述操作地址對大容量FLASH不同的頁進行操作；所述CPCI從設備模組包括PCI接口控制晶片PCI9054和PCI9054周邊電路；所述PCI9054晶片作為CPCI匯流排的終端設備，通過所述CPCI匯流排與所述數據處理模組實現標準的PCI匯流排通信。
上述的一種可在軌組裝的星載計算機系統，其特徵在於，所述處理器為AT697處理器；所述通信接口為422通信接口；所述存儲器模組包括PROM，SDRAM，SRAM；其中，PROM作為程式存儲區，SDRAM和SRAM作為數據存儲區；所述電源管理模組包括電源管理晶片LTC1644晶片和LTC1644晶片周邊電路；所述LTC1644晶片從所述CPCI匯流排上取電後進行電壓控制後通過所述LTC1644晶片周邊電路輸出至所述CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH；所述LTC1644晶片對CPCI匯流排上的5V、3.3V、12V、-12V電源進行控制，同時對5V和3.3V輸出電壓提供過載和短路的雙重保護；所述大容量FLASH為4Gbit NAND型FLASH晶片，該NAND型FLASH晶片用於存儲用戶提供的數據；所述二次電源為所述數據處理模組和熱插拔固存模組提供工作電壓。
實施方式
為了實現太空飛行器在軌維護與服務系統任務中對星載計算機系統提出的在軌模組可更換的技術要求，完成太空飛行器在軌自主服務的任務和目標。《一種可在軌組裝的星載計算機系統》提供的一種可在軌組裝的星載計算機系統的實施例中，如圖1所示，包括：數據處理模組和熱插拔固存模組；所述數據處理模組和熱插拔固存模組通過CPCI匯流排連線通信；所述數據處理模組用於：狀態自檢與診斷，數據管理與任務調度控制，作為CPCI匯流排的主控設備對CPCI匯流排進行管理；所述熱插拔固存模組用於：在軌組裝的電源管理，存儲用戶圖像數據，作為CPCI匯流排終端設備回響處理器模組請求進行CPCI匯流排數據通信。該計算機系統還包括二次電源；所述二次電源為所述數據處理模組和熱插拔固存模組提供工作電壓。
該實施例，所述數據處理模組包括：處理器、存儲器模組以及通信接口；
所述數據處理模組配置為CPCI匯流排的主控設備，所述數據處理模組用於：通過所述通信接口載入調試程式並將所述調試程式存入所述存儲器模組，進而進行所述狀態自檢和診斷，和通過所述通信接口對外通信、熱插拔操作控制、與所述熱插拔固存模組進行CPCI匯流排數據通信、將數據存入所述存儲器模組，從而實現所述數據管理和任務調度。
本實施例中，所述處理器為AT697處理器，所述通信接口為422通信接口。AT697處理器為Atmel公司產品，採用LEON2-FT核心，集成PCI匯流排接口，可以配置為PCI匯流排的主設備或從設備，本實施例中AT697處理器配置為主設備。AT697處理器程式設計有錯誤檢測與熱插拔操作控制，對於模組的插入，熱插拔操作控制包括分配系統資源，如記憶體空間分配、載入驅動程式和其它相關的軟體，模組可以被作業系統或應用程式使用；對於模組的拔出，熱插拔操作控制包括釋放系統資源，關閉驅動程式和相應的軟體。AT697處理器內部集成了調試串口DSU和一路通用串列通信接口，可以靈活配置為通過DSU串口調試或者通過監控程式載入調試，增強了處理器調試的靈活性
該實施例，所述存儲器模組包括PROM，SDRAM，SRAM；其中，PROM作為程式存儲區，SDRAM和SRAM作為數據存儲區。存儲器模組包括32KBytes PROM型號為UT28F256，32Mbytes SDRAM型號為K4S511632D-UC（L）75，256Kbytes SRAM型號為3DSR20M40VS6507。所述PROM指的是“可程式唯讀存儲器”既Programmable Red-Only Memory。這樣的產品只允許寫入一次，所以也被稱為“一次可程式唯讀存儲器”（One Time Progarmming ROM，OTP-ROM）。所述SDRAM即“Synchronous Dynamic Random Access Memory”，是指同步動態隨機存儲器，同步是指Memory工作需要同步時鐘，內部的命令的傳送與數據的傳輸都以它為基準；動態是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數據不丟失；隨機是指數據不是線性依次存儲，而是自由指定地址進行數據讀寫。所述SRAM（即Static Random Access Memory），是靜態隨機存取存儲器，是一種具有靜止存取功能的記憶體，不需要刷新電路即能保存它內部存儲的數據。
該實施例，所述熱插拔固存板包括：電源管理模組、CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH；
所述電源管理模組用於：從CPCI匯流排上取電並控制電壓輸出至所述CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH，以及對5V和3.3V輸出電壓提供過載和短路的雙重保護；CPCI匯流排從設備模組從所述CPCI匯流排上獲取數據後傳輸至所述解碼控制模組進行地址解碼獲取操作地址，根據所述操作地址對大容量FLASH不同的頁進行操作。
該實施例，所述電源管理模組包括電源管理晶片LTC1644晶片和LTC1644晶片周邊電路；
所述LTC1644晶片從所述CPCI匯流排上取電後進行電壓控制後通過所述LTC1644晶片周邊電路輸出至所述CPCI匯流排從設備模組、解碼控制模組以及大容量FLASH；
所述LTC1644晶片對CPCI匯流排上的5V、3.3V、12V、-12V電源進行控制，同時對5V和3.3V輸出電壓提供過載和短路的雙重保護。本實施例的電源管理模組包括電源管理晶片LTC1644，LTC1644晶片從CPCI內匯流排取電，其他模組都從LTC1644的輸出端取電，LTC1644對CPCI匯流排上的5V、3.3V、12V、-12V電源進行控制，同時對5V和3.3V輸出電壓提供過載和短路的雙重保護。
該實施例，所述CPCI從設備模組包括PCI接口控制晶片PCI9054和PCI9054周邊電路；
所述PCI9054晶片作為CPCI匯流排的終端設備，通過所述CPCI匯流排與所述數據處理模組實現標準的PCI匯流排通信。
CPCI從設備模組包括由PLX公司推出的一款支持熱交換功能的PCI接口控制晶片PCI9054，該晶片利用ENUM#和LEDin/LEDon管腳以及相關暫存器實現熱插拔功能。PCI9054晶片作為CPCI匯流排的終端設備，配合AT697處理器實現標準的PCI匯流排通信和熱插拔功能
該實施例，所述大容量FLASH為4Gbit NAND型FLASH晶片，該NAND型FLASH晶片用於存儲用戶提供的數據。解碼模組及大容量FLASH採用了4Gbit NAND型FLASH晶片存儲用戶提供的數據，同時採用cyclone Ⅱ FPGA對CPCI匯流排傳過來的數據進行解碼選擇FLASH不同的頁進行操作，滿足熱插拔操作時從CPCI匯流排上讀取數據存儲的要求。
綜上所述，該發明提供了一種可在軌組裝的星載計算機，包括數據處理模組、熱插拔固存模組和二次電源模組；所述處理器模組可進行狀態自檢與診斷，數據管理與任務調度控制，作為CPCI匯流排的主控設備對CPCI匯流排進行管理；所述熱插拔固存模組可進行模組熱插拔時的電源管理，作為PCI匯流排終端設備，採用大容量FLASH存儲用戶圖像數據，回響處理器模組請求進行CPCI匯流排數據通信；所述二次電源模組提供設備內部電子器件正常工作所需電壓。該發明提供的可在軌組裝的星載計算機實現了嵌入式星載計算機模組的熱插拔操作，可以適用於空間太空飛行器在軌維護與服務系統。
