通用全数字星务仿真平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星物理目标机和星务数据流的仿真与验证，具体地，涉及一种通用全数字星务仿真平台。
【背景技术】
[0002]卫星平台上，星务分系统控制整星信息流调度与处理，数据流的接受和发送时序控制，主要包括实时遥测采集与组帧、遥控数据接收处理、时间管理、载荷控制、安全管理等功能，星务分系统是卫星信息控制系统的中枢，其运行的稳定可靠性决定了整个卫星任务的成败。为了开发稳定可靠的星务分系统，仿真技术在航天领域中广泛应用。
[0003]星务分系统主要由数管计算机单机和数管应用软件两部分组成。在卫星研制过程中，由于星务计算机研制过程复杂，试验测试繁多，同时受到需求变更等因素的影响，导致数管计算机研制周期长，从而使得数管应用软件的开发周期被压缩，软件调试和测试得不到充分保证。另一方面，某些故障测试及验证在真实计算机中无法模拟，或者风险较大，有可能会对数管计算机造成不可逆转的损害。再者，卫星发生升空后，由于其不可维修性，不能对星上故障重现并验证解决方案。全数字仿真平台可以模拟星务系统真实运行状态，不仅可以提高星务系统的开发效率，同时在其验证过程中具备及其重要的作用。
[0004]目前，在航天领域中，尤其是卫星星务研发领域，仿真领域的应用软件种类繁多，均存在一些普遍的问题，主要表现在以下方面:
[0005]1、不用型号根据各自需求独立设计，实现的仿真软件兼容性差，造成资源的浪费；
[0006]2、各个仿真系统针对某一特定需求开展设计，功能单一，不能对多种功能进行仿真；
[0007]3、仿真系统间架构差别大，移植性差，协同仿真能力有待加强；
[0008]4、仿真系统中，软硬件混搭，接口复杂，耦合性过大，系统开发难度大。
[0009]为了提高星务系统的研制效率，增强其可靠性，提供一个统一的平台，对星务系统进行功能全面、通用性强、仿真度高的仿真系统变得迫在眉睫。
【发明内容】
[0010]在卫星科研和生产过程中，为了解决硬件产品交付周期长、系统需求变动大、可靠性安全性要求高的问题，针对以往仿真软件的缺陷，从而提供了一种通用的全数字星务仿真平台。本发明可以实现对星上计算机、交互通信设备等模拟仿真；能够实现整星数据流、信息流、控制流的全面闭环仿真，包括遥控上行数据和遥测下行数据；能够进行数管应用软件的调试，包括目标代码的加载，周期性任务的维护，串口数据的监视等；能够实现软件代码的测试和验证，通过提供断点、寄存器监视、覆盖率统计等工具，实现对代码的全面测试和确认。
[0011]根据本发明提供的通用全数字星务仿真平台，包括CTU虚拟目标机模块、调度控制模块、总线及通信模块、应用软件测试模块、遥控终端、遥测处理显示模块以及远置终端;
[0012]其中，所述CTU虚拟目标机模块、所述调度控制模块、所述应用软件测试模块、所述遥控终端、所述遥测转发显示模块以及所述远置终端均连接所述总线及通信模块；
[0013]所述CTU虚拟目标机模块用于虚拟数管计算机的组成和功能，运行待测试数管应用软件；
[0014]所述调度控制模块用于虚拟控制，具体为CTU虚拟目标机模块、调度控制模块、总线及通信模块、应用软件测试模块、遥控终端、遥测处理显示模块以及远置终端之间的时序控制、数据转发和运行控制；
[0015]所述总线及通信模块用于虚拟总线模块；
[0016]所述应用软件测试模块用于虚拟对外提供接口 ；
[0017]所述遥控终端用于根据不同的遥控注数及指令需求，提供统一遥控格式的注数包并产生校验结果；
[0018]所述遥测处理显示模块用于接收待测试数管应用软件周期性生成的遥测数据帧，并根据遥测原码处理公式，将原码转换为数字量遥测；
[0019]所述远置终端用于模拟总线下位机。
[0020]优选地，所述时序控制具体为，CTU虚拟目标机模块、调度控制模块、总线及通信模块、应用软件测试模块、遥控终端、遥测处理显示模块以及远置终端之间的时序、节拍控制和仿真协同；
[0021]所述数据转发，具体为，维护各模块间的数据通信协议，完成通信数据的类型识另U、路由控制、收发中转；
[0022]所述运行控制，具体为，CTU虚拟目标机模块、调度控制模块、总线及通信模块、应用软件测试模块、遥控终端、遥测处理显示模块以及远置终端的暂停、运行、停止的同步控制和仿真速度的控制。
[0023]优选地，所述CTU虚拟目标机模块虚拟目标机处理器，具体为仿真通用定时器，看门狗定时器，通用异步串行口(UART)，内存控制器，异常和中断处理方法及寄存器。
[0024]优选地，所述总线及通信模块虚拟总线模块，具体为对RS232总线、RS422总线、MIL-STD-1553总线进行仿真。
[0025]优选地，所述CTU虚拟目标机模块虚拟数管计算机的组成，具体为，模拟CPU、可编程只读存储器PR0M、同步动态随机存储器SDRAM、静态随机存储器SRAM和寄存器组。
[0026]优选地，CTU虚拟目标机模块、调度控制模块、应用软件测试模块、遥控终端、遥测处理显示模块与总线及通信模块间通过TCP/IP协议和UDP数据包进行数据转发；所述时序控制具体为，CTU虚拟目标机模块、调度控制模块、总线及通信模块、应用软件测试模块、遥控终端、遥测处理显示模块以及远置终端间采用事件队列机制进行时序节拍控制和协同仿真。
[0027]优选地，所述总线及通信模块根据1553B总线的高层通信协议和串口数据收发协议，采用TCP/IP协议，模拟实现总线和串口中的消息和控制指令。
[0028]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0029]1、本发明模拟的目标机与物理单机存储、接口、中断等资源完全一致，数据流信息流满足高层通信协议，故仿真数据能真实有效反映实际运行情况，可以以此对应用软件的运行结果进行确认，同时可以通过注入各种故障状态，模拟相关的故障预案；
[0030]2、本发明具备单步、断点等调试手段，提供对寄存器和变量的监视，对运行结果的覆盖率统计，方便进行目标代码的调试和测试，通过协同仿真，可以按照一定的加速比，提高目标代码的运行速度。
【附图说明】
[0031]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0032]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0034]在本实施例中，本发明提供的通用全数字星务仿真平台，包括CTU虚拟目标机模块、调度控制模块、总线及通信模块、应用软件测试模块、遥控终端、遥测处理显示模块以及远置终端；
[0035]其中，所述CTU虚拟目标机模块、所述调度控制模块、所述应用软件测试模块、所述遥控终端、所述遥测转发显示模块以及所述远置终端均连接所述总线及通信模块；
[0036]所述CTU虚拟目标机模块用于虚拟数管计算机的组成和功能，运行待测试数管应用软件；所述调度控制模块用于虚拟控制，具体为上述各模块间的时序控制、数据转发和运行控制，用于仿真时在目标机或仿真目标机上运行目标软件；所述总线及通信模块用于虚拟总线模块；所述应用软件测试模块用于虚拟对外提供接口 ；所述遥控终端用于根据不同的遥控注数及指令需求，提供统一遥控格式的注数包并产生校验结果；所述遥测处理显示模块所述遥测处理显示模块用于接收待测试数管应用软件周期性生成的遥测数据帧，并根据遥测原码处理公式，将原码转换为数字量遥测；所述远置终端用于模拟总线下位机。
[0037]所述时序控制具体为，上述各模块间的时序、节拍控制和仿真协同，保证计算机与模型之间的运行时序符合实际系统运行时序；所述数据转发，具体为，维护各模块间的数据通信协议，完成通信数据的类型识别、路由控制、收发中转；所述运行控制，具体为，各模块的暂停、运行、停止的同步控制和仿真速度的控制。
[0038]所述CTU虚拟目标机模块虚拟目标机处理器，具体为仿真通用定时器，看门狗定时器，通用异步串行口(UART)，内存控制器，异常和中断处理方法及寄存器；在本实施例中，具体为，所述CTU虚拟目标机模块，在主机的内存中，建立与星上星务系统的ERC32芯片的周边组成结构相对应的数据结构；仿真ERC32片内的通用定时器，看门狗定时器，通用异步串行口(UART)，内存控制器，异常和中断处理及32个寄存器。本发明依次执行用户程序代码，当用户程序代码对仿真ERC32片内外读写时，按照读写地址修改或读取相应寄存器的内容，并实时按字段分析读写的内容，模拟实际处理器操作该字段后产生的结果执行相应的行为。
[0039]所述总线及通信模块虚拟总线模块，具体为对RS232总线、RS422总线、MIL-STD-1553总线进行仿真。所述总线及通信模块虚拟的每个模拟过程都可以分解成多个固定的、可重用的部件(model)，通过提供API接口，既可以进