一种载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法与流程

本发明属于载人航天器软件维护技术领域，尤其涉及一种载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法。

背景技术：

随着我国载人航天工程的发展，载人航天器在轨运行时间长期化、承担的空间科学实验与技术试验任务多样化的需求越来越急迫。这使得载人航天器在空间站的组合体构造越来越庞大和复杂。同时，技术的发展促使降低载人航天任务研制及运营成本的诉求越来越明显。

计算机设备的通用化是降低系统复杂性、降低成本的有效手段。不同功能系统的计算机设备通用化设计，可以统一设备状态，降低状态管理的复杂性；同时采用通用化计算机设备的分系统，可减少鉴定件的投产数量，从而节省研制费用及鉴定试验费用。

为了支持载人航天器长寿命运营的要求，计算机设备可支持在轨维修更换。通过合理的任务规划，将计算机设备的维修备件通过飞船上行。在计算机设备故障后，由航天员将故障设备从系统中断开，将备件设备接入系统，替代故障设备进行工作。不同分系统的计算机设备通用化设计，可减少上行备件的数量，从而达到上行一台备件，多家分系统都可以使用的目的。

然而，传统的在线更新的方式已经不适用于通用计算机设备的在轨维修情况。通常在设备故障后，需要切换至备份计算机，让备份计算机设备工作。如果采用传统的在线更新方式，则需要将故障计算机从系统中拆除，替换为维修备件，然后启动在线更新的过程，将相应分系统的软件通过1553b总线等方式烧写至维修备件中。

传统的在线更新过程存在两个问题：①软件烧写的过程中，系统的工作可能会被打断。比如在1553b总线系统中，维修备件和备份计算机终端地址相同，因此必须将备份计算机关机，以防止总线终端地址冲突。这样故障设备被拆除后，其备份计算机设备也不能工作，整个系统进入到了维修备件程序更新的模式，正常的系统工作被打断；②维修备件在软件更新以后，应当开展基本的测试，正常以后再接入平台系统中，这样更加安全。但是采用传统的在线更新方式，却必须先将维修备件接入系统中才能进行软件更新，这对系统的安全性带来隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法，解决现有方法中系统工作稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法，包括：

s1、设置主份计算机设备和备份计算机设备，当主份计算机设备发生故障后备份计算机开始工作；

s2、将主份计算机设备中的故障部件从系统中拆除；

s3、选择所述故障部件的备份设备进行离线软件更新后接入到系统中。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s1中，所述主份计算机设备和所述备份计算机设备采用分体式设计。

根据本发明的一个方面，所述步骤s3包括：

s31、借助航天器员的笔记本计算机完成所述备份设备的软件更新；

s32、利用离线检测设备对软件更新后的所述备份设备进行检测，确认所述备份设备正常后接入系统。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s31中：

将软件是先存储在所述航天员的笔记本计算机上；

将航天员笔记本计算机与所述备份设备相连接，对所述备份设备加电，进入调试模式；

通过航天员笔记本计算机将烧写程序下载至所述备份设备的ram中；

启动所述烧写程序，软件写入到所述备件设备的程序存储器中；

将所述备份设备由调试模式设置为正常模式。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s32中：

将所述备件设备与离线检测设备相连接，所述备件设备加电启动，加载写入的软件程序运行；

通过所述离线检测设备进行备件设备的测试；

若所述备件设备测试状态正常，则将所述备件设备断电，与所述离线检测设备断开，接入到系统中。

根据本发明的一个方面，所述备件设备设置裸机状态，不嵌入任何软件。

根据本发明的一个方面，所述备件设备设置裸机状态，不嵌入任何软件。

根据本发明的一个方面，所述底层软件层用于硬件的初始化，将应用软件层和硬件隔离。

根据本发明的一个方面，所述应用软件层用于实现包括遥测遥控管理、姿态测量与控制、能源管理、容错管理和载荷管理功能。

根据本发明的一个方案，本发明的载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法，采用离线更新的方式完成备份设备软件的更新，相比于现有技术中的方法而言，有效避免了现有方法中容易产生更新中断等造成航天器系统工作状态不稳定的问题。

根据本发明的一个方案，本发明的载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法，相比于现有技术中的方法而言，有效解决了传统的在线更新方式，必须先将备件设备接入系统中才能进行软件更新容易对系统的安全性带来隐患的问题，本发明的方法可以对软件更新后的备份设备进行离线检测，确保状态正常再接入到系统中，有利于保证系统的安全性。

附图说明

图1示意性表示根据本发明一种载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法的流程图；

图2示意性表示根据本发明一种实施方式的载人航天器通用计算机设备软件在更新方法的结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，本发明的载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法，包括：s1、设置主份计算机设备和备份计算机设备，当主份计算机设备发生故障后备份计算机开始工作；s2、将主份计算机设备中的故障部件从系统中拆除；s3、选择故障部件的备份设备进行离线软件更新后接入到系统中。

本发明的载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法，采用离线更新的方式完成备份设备软件的更新，相比于现有技术中的方法而言，有效避免了现有方法中容易产生更新中断等造成航天器系统工作状态不稳定的问题。

以下对本发明的载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法进行详细说明。在本发明中，在步骤s1中，为了有效支持在轨维修，主份计算机设备和备份计算机设备没有设计为一台设备，而是采用了分体式设计。这种设计更适用于长寿命的载人航天器任务，有利于实现设备的在轨维护。

在步骤s3中，具体包括：s31、借助航天器员的笔记本计算机完成备份设备的软件更新；s32、利用离线检测设备对软件更新后的备份设备进行检测，确认备份设备正常后接入系统。

具体来说，为了实现备件设备可以烧写任一个分系统的软件，增加软件更新的灵活性，备件设备设计为裸机状态，即通过飞船上行时，备件设备不嵌入任何软件。其配置eeprom或者flash等可擦写存储器，同时支持dsu调试功能。对于使用通用计算机设备的分系统，其软件可事先存储在航天员笔记本计算机上，并可通过天地一体化网络进行更新。利用笔记本计算机进行软件更新时，软件烧写至备件设备的eeprom/flash等程序存储器中。

为了支持在轨更新，对软件实行分层设计。软件包含应用软件和底层软件两部分。底层软件包含一些与硬件相关的函数。这些函数实现了硬件的初始化、提供了中断服务、完成硬件的访问和操作，从而将应用软件和底层硬件隔离起来。

对于较为复杂的软件，需要设计调度器来完成不同软件任务的执行时间分配。用户可根据需要选择嵌入式操作系统来提供任务管理、内存管理、文件管理等服务。

应用软件负责实现各分系统的功能，比如遥测遥控管理、姿态测量与控制、能源管理、容错管理、载荷管理、容错管理等。

系统软件和应用层软件可一起编译链接成一个*.bin文件，也可以将实现解码搬移的引导程序单独编译。

利用笔记本计算机烧写时，为了便于航天员操作，减低实施难度，需要将专门的烧写程序从笔记本计算机下载到备件设备中运行，烧写程序从笔记本计算机中接收目标代码，并烧写至备件设备程序存储器中。

在软件烧写至备件设备后，软件启动过程如下：首先运行程序存储器中的引导程序，程序存储器中的引导程序将程序存储器中该分系统的其他程序加载到sram中，并最终在sram中运行该分系统程序。备件设备软件启动工作后，利用离线检测设备进行测试，测试正常后，接入系统中使用。

本发明的载人航天器通用计算机设备软件在轨更新方法，相比于现有技术中的方法而言，有效解决了传统的在线更新方式，必须先将备件设备接入系统中才能进行软件更新容易对系统的安全性带来隐患的问题，本发明的方法可以对软件更新后的备份设备进行离线检测，确保状态正常再接入到系统中，有利于保证系统的安全性。

以下结合图2对本发明方法的一种具体实施方式进行说明。如图2所示，假定每个分系统都有自己的控制计算机，且通过1553b总线相连。当控制器11(主份计算机设备)失效后，切换到备份计算机设备—控制器12工作。

然后将航天员笔记本计算机与备件控制器相连。由于主流的商用笔记本计算机支持usb接口，不支持串口。可使用usb到rs422的转换器件与备件设备相连；

备件设备加电，进入调试模式(可通过接插件设置)；

通过笔记本计算机上的专用下载软件将烧写程序下载至备件控制器ram中，并启动运行烧写程序，该烧写程序负责将分系统软件写入备件控制器的程序存储器中；

烧写完毕，将备件控制器由调试模式设置为正常模式(可通过接插件设置)；

将备件控制器设备与离线检测设备相连；

备件设备(备件控制器)加电启动，加载分系统程序运行；

通过离线检测设备进行备件设备的测试；

备件设备测试状态正常后，备件设备断电，与离线检测设备断开；

将备件设备(备件控制器)接入平台系统。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。