一种基于多机备份的星载计算机系统及该系统的切机方法与流程

本发明涉及一种处理器多机冗余备份的星载计算机系统。

背景技术

在世界范围内的航天应用上，一般使用比较多的处理器都是基于powerpc架构和sparc架构的。其中，美国航天主要使用powerpc架构的处理器，而欧洲航天主要使用的是sparc架构的处理器。powerpc架构的处理器一般具有比较高性能，但同时也具有功耗较高的缺点。而sparc架构的处理器则与之相反，其功耗较低但性能也较低。

近年来，商用器件(commercial-off-the-shelf,cots)因成本低、性能高、不受国外进口限制等特点被越来越多地应用于航天领域中。但是，将商用器件应用在航天领域里，也有一个不可忽视的问题，就是可靠性问题。众所周知，航天领域是对可靠性要求极高的领域，而器件的可靠性更是其重中之重。一般来说，航天工程里都会采用可靠性很高的宇航级器件或者军品级器件，但同时也会存在价格高昂，性能较低而功耗较高的问题。因此，为了解决这一问题，实现降低星载计算机的成本和功耗、同时保证星载计算机在太空中运行的高可靠性这一目的，本发明提出了一种新的基于处理器多机冗余备份的星载计算机系统。

技术实现要素：

本发明是为了解决航天领域中使用商用器件构成的星载计算机系统可靠性低，同时功耗高的问题，本发明提供了一种基于多机备份的星载计算机系统及该系统的切机方法。

一种基于多机备份的星载计算机系统，包括主板、备板和接口板；

接口板通过卫星内部接插件对主板和备板进行供电，且主板和备板均可对接口板进行继电控制，最终实现主板和备板间工作状态的切换。

优选的是，接口板包括dc-dc模块和继电器切机模块；

dc-dc模块，用于对接入的5v电压转化为3.3v电压，对主板和备板进行供电；

继电器切机模块，与dc-dc模块连接，用于根据接收的控制指令对主板和备板的供电电源进行继电控制。

优选的是，主板包括主控模块a1、监控模块c1和第一控制指令输出模块；主控模块a1定时向监控模块c1发送心跳信号；

监控模块c1用于对主控模块a1的运行状态进行监测，并将监测的结果通过can总线发送至远程终端；

第一控制指令输出模块，对监控模块c1输出的控制指令进行放大，并将放大后的控制指令通过卫星内部接插件发送至接口板；

备板包括主控模块a2、监控模块c2和第二控制指令输出模块；

主控模块a2定时向监控模块c2发送心跳信号；

监控模块c2用于对主控模块a2的运行状态进行监测，并将监测的结果通过can总线发送至远程终端；

第二控制指令输出模块，对监控模块c2输出的控制指令进行放大，并将放大后的控制指令通过卫星内部接插件发送至接口板。

优选的是，主板和备板的结构相同。

优选的是，所述主控模块a1和主控模块a2采用arm处理器最小系统实现；

监控模块c1和监控模块c2采用avr单片机最小系统实现。

采用所述的基于处理器多机备份的星载计算机系统实现的切机方法，该切机方法的具体实现过程为：

步骤一，当卫星刚开始上电运行时，主控模块a1和监控模块c1加电开机，将主控模块a1作为当班机，该当班机执行包括星载管理任务在内的所有星载计算机任务，监控模块c1作为监测机来对当班机进行监测，当监控模块c1在约定时间内未监测到主控模块a1发送的心跳信号时，则认为主控模块a1内运行程序跑飞，无法继续正常工作，此时执行步骤二；

步骤二，使监控模块c1输出断电控制指令，并通过接口板上继电器切机模块对主控模块a1进行断电控制，同时，使监控模块c1输出加电控制指令，使继电器切机模块对备板上的监控模块c2进行加电启动；

然后，监控模块c2输出的加电控制指令通过继电器切机模块对主控模块a2进行加电启动，当备板从冷备状态变为开机工作运行后，由监控模块c2输出的断电控制指令通过继电器切机模块对监控模块c1进行断电，此时，将主控模块a2作为当班机，该当班机执行包括星载管理任务在内的所有星载计算机任务，将监控模块c2作为监测机，来监测主控模块a2是否正常工作，当监控模块c2在约定时间内未监测到主控模块a2发送的心跳信号时，则认为主控模块a2内运行的程序跑飞，无法继续正常工作，此时执行步骤三；

步骤三，使监控模块c2输出断电控制指令，并通过继电器切机模块对主控模块a2进行断电控制，同时，使监控模块c2输出的加电控制指令通过控制接口板上的继电器切机模块对监控模块c1进行加电启动，此时，监控模块c2作为当班机，该当班机执行模拟量采集功能和控制指令输出功能，监控模块c1作为监测机，来监测监控模块c2否正常工作，当监控模块c1在约定时间内未监测到监控模块c2发送的心跳信号时，则认为监控模块c2内运行的程序跑飞，无法继续正常工作，此时执行步骤四；

步骤四，使监控模块c1输出的断电控制指令通过继电器切机模块对监控模块c2进行断电控制，并由监控模块c1作为当班机，该当班机执行卫星在紧急求生模式下的工作。

本发明带来的有益效果是，本发明采用多机冗余备份的方式，使星载计算机系统在不同状态下进行多机切换，提高了系统可靠性，降低系统功耗。系统可靠性提高了20％以上，功耗降低了10％以上。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于多机备份的星载计算机系统的原理示意图；

图2为本发明所述的一种基于多机备份的星载计算机系统的切机流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于多机备份的星载计算机系统，包括主板、备板和接口板；

接口板通过卫星内部接插件对主板和备板进行供电，且主板和备板均可对接口板进行继电控制，最终实现主板和备板间工作状态的切换。

本实施方式，本发明采用多机冗余备份的方式，使载计算机系统进行在不同状态下进行多机切换，提高了系统可靠性低，进行多机切换的方式，降低系统功耗。

具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于多机备份的星载计算机系统的区别在于，接口板包括dc-dc模块和继电器切机模块；

dc-dc模块，用于对接入的5v电压转化为3.3v电压，对主板和备板进行供电；

继电器切机模块，与dc-dc模块连接，用于根据接收的控制指令对主板和备板的供电电源进行继电控制。

具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的一种基于多机备份的星载计算机系统的区别在于，主板包括主控模块a1、监控模块c1和第一控制指令输出模块；主控模块a1定时向监控模块c1发送心跳信号；

监控模块c1用于对主控模块a1的运行状态进行监测，并将监测的结果通过can总线发送至远程终端；

第一控制指令输出模块，对监控模块c1输出的控制指令进行放大，并将放大后的控制指令通过卫星内部接插件发送至接口板；

备板包括主控模块a2、监控模块c2和第二控制指令输出模块；

主控模块a2定时向监控模块c2发送心跳信号；

监控模块c2用于对主控模块a2的运行状态进行监测，并将监测的结果通过can总线发送至远程终端；

第二控制指令输出模块，对监控模块c2输出的控制指令进行放大，并将放大后的控制指令通过卫星内部接插件发送至接口板。

本实施方式，为了提高星载计算机系统的可靠性，本发明设计了一种对处理器进行四备份的冷备设计，在降低系统功耗的同时，有效提高了系统的可靠性。

具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二或三所述的一种基于多机备份的星载计算机系统的区别在于，主板和备板的结构相同。

具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种基于多机备份的星载计算机系统的区别在于，所述主控模块a1和主控模块a2采用arm处理器最小系统实现；

监控模块c1和监控模块c2采用avr单片机最小系统实现。

本实施方式中，arm处理器最小系统可选用的是atmel公司的基于armcortex-m7核的32位处理器实现，avr单片机可选用的是atmel公司的一款avr单片机。

本发明所设计的一种基于多机备份的星载计算机系统的主处理器选用的是基于arm架构的处理器，其具有性能较高且功耗较低的特点，因此非常适合作为星载计算机系统的处理器。进一步实现了低功耗高性能的目标。

具体实施方式六：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式采用具体实施方式三所述的基于处理器多机备份的星载计算机系统实现的切机方法，该切机方法的具体实现过程为：

步骤一，当卫星刚开始上电运行时，主控模块a1和监控模块c1加电开机，将主控模块a1作为当班机，该当班机执行包括星载管理任务在内的所有星载计算机任务，监控模块c1作为监测机来对当班机进行监测，当监控模块c1在约定时间内未监测到主控模块a1发送的心跳信号时，则认为主控模块a1内运行程序跑飞，无法继续正常工作，此时执行步骤二；

步骤二，使监控模块c1输出断电控制指令，并通过接口板上继电器切机模块对主控模块a1进行断电控制，同时，使监控模块c1输出加电控制指令，使继电器切机模块对备板上的监控模块c2进行加电启动；

然后，监控模块c2输出的加电控制指令通过继电器切机模块对主控模块a2进行加电启动，当备板从冷备状态变为开机工作运行后，由监控模块c2输出的断电控制指令通过继电器切机模块对监控模块c1进行断电，此时，将主控模块a2作为当班机，该当班机执行包括星载管理任务在内的所有星载计算机任务，将监控模块c2作为监测机，来监测主控模块a2是否正常工作，当监控模块c2在约定时间内未监测到主控模块a2发送的心跳信号时，则认为主控模块a2内运行的程序跑飞，无法继续正常工作，此时执行步骤三；

步骤三，使监控模块c2输出断电控制指令，并通过继电器切机模块对主控模块a2进行断电控制，同时，使监控模块c2输出的加电控制指令通过控制接口板上的继电器切机模块对监控模块c1进行加电启动，此时，监控模块c2作为当班机，该当班机执行模拟量采集功能和控制指令输出功能，监控模块c1作为监测机，来监测监控模块c2否正常工作，当监控模块c1在约定时间内未监测到监控模块c2发送的心跳信号时，则认为监控模块c2内运行的程序跑飞，无法继续正常工作，此时执行步骤四；

步骤四，使监控模块c1输出的断电控制指令通过继电器切机模块对监控模块c2进行断电控制，并由监控模块c1作为当班机，该当班机执行卫星在紧急求生模式下的工作。

本实施方式中，本发明方法对星载计算机系统的处理器进行了四备份，并设计了科学有效的切机机制，使得保证系统正常有效工作的同时，能够降低系统的功耗。实现了星载计算机系统低功耗、高性能、高可靠性的设计。

本发明所述一种基于多机备份的星载计算机系统的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。