一种采用串行内总线的星载计算机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种采用串行内总线的星载计算机，包括供电模块，CPU模块，IO功能模块，其中，所述CPU模块的数量为两个以上，所述IO功能模块的数量一个以上，其中，每个CPU模块和每个功能模块均设有具有路由功能的接口，所述接口通过标准SpaceWire串行总线进行互连。本实用新型的技术方案为星载计算机的功能易扩展、故障隔离及功能可重组等方面提供了新的技术方案，取得了接口标准化、灵活易扩展，以及提高可靠性等有益效果。
【专利说明】
一种采用串行内总线的星载计算机
技术领域
[0001]本实用新型涉及宇航用计算机，特别涉及一种采用串行内总线的星载计算机。
【背景技术】
[0002]宇航用计算机由于航天器需求有限，无法批量生产，导致成本高昂。提高宇航用计算机模块化，组合化程度，使计算机功能易于扩展，来满足不同航天器需求，可以有效降低成本。另外，宇航用计算机随航天器发射后运行于严苛的外太空环境中，基本上无法进行维修，因此具有故障隔离和功能重组能力以提高可靠性十分重要。
[0003]目前，现有宇航用计算机基本上采用ISA、PCI及自定义的内总线完成模块间的电气连接，进行控制和数据信息的交互。这些内总线基本属于并行总线，并行总线存在结构复杂，占用空间大，抗干扰性差，功能不易扩展，故障隔离困难等缺点，使得星载计算机仍存在缺陷。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种采用串行内总线的星载计算机，以解决现有的星载计算机在功能扩展、故障隔离和重组能力上所存在的功能缺陷问题。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了一种采用串行内总线的星载计算机，包括供电模块，CPU模块，1功能模块，所述CPU模块的数量为两个以上，所述1功能模块的数量一个以上，其中，每个CPU模块和每个功能模块均设有具有路由功能的接口，所述接口通过标准SpaceWire串行总线进行互连。
[0006]较佳地，所述接口间采用SpaceWire协议进行通信。
[0007]较佳地，当所述CPU模块与1功能模块的总数量为三个时，每个模块通过路由功能接口由两条SpaceWire串行总线分别与其他两个模块相连。
[0008]较佳地，当所述CPU模块与1功能模块的总数量为大于三个时，每个模块通过路由功能接口至少由三条SpaceWire串行总线与其余全部或部分模块互连。
[0009]本实用新型通过采取上述方案克服了现有的星载计算机采用并行内总线系统功能不易扩展，故障不易隔离和功能重组困难的缺点，取得如下有益效果:
[0010]I)系统功能易扩展，由于采用了标准化的路由接口模块和SpaceWire总线进行模块间的互联，增加功能模块与计算机原有模块连接很容易，原有模块硬件无需更改，仅需要对软件做部分配置，这样简化了设计，降低了成本。
[0011]2)提高了系统可靠性，现有并行内总线星载计算机也通过冗余提高可靠性，但其冗余只能进行整机级冗余，整机中的任何一个模块故障会导致整机故障，只能全部切换到备机。而本实用新型的串行内总线可以实现模块级的冗余，由于模块间的信息通过路由以包的形式并可以经由多条路径进行交互，因此当某模块故障时，主控模块可以通过路由配置，关闭故障模块的全部串行链路，将故障模块隔离，并通过重组路由网络实现对系统功能进行重组。
[0012]目前没有发现同本实用新型类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型提供的采用串行内总线的星载计算机的拓扑结构框图；
[0014]图2为本实用新型提供的星载计算机的路由接口的电气连接逻辑图。
【具体实施方式】
[0015]为更好地说明本实用新型，兹以一优选实施例，并配合附图对本实用新型作详细说明，具体如下:
[0016]实施例一:
[0017]如图1的所示，该采用串行内总线的星载计算机装置包括:
[0018]一个供电模块I，两个CPU模块2A、2B，三个1功能模块31、32、33及SpaceWire串行总线4。每个1功能模块均包含电路相同的两部分，图中分别记为A和B，它们与本模块的路由接口相连，而供电模块A和B分别为CPU模块2A和CPU模块2B供电、以及为1功能模块31?33的A和B部分供电XPU模块2A通过路由功能接口分别与CPU模块2B、功能模块3IA和3IB、功能模块32A和32B、功能模块33A和33B采用标准SpaceWire串行总线进行互联，可以对这些模块直接发送控制信息和交互数据。CPU模块2B通过路由功能接口分别与CPU模块2A、功能模块31A和31B、和功能模块33A和33B采用标准SpaceWire串行总线进行互连，可以对这些模块直接发送控制信息和交互数据。而对功能模块32A和32B发送控制信息和交互数据可以通过功能模块31或者功能模块33的路由接口经一次路由完成。
[0019]其中，上述的供电模块的功能是进行电源转换和遥控指令执行。电源转换是一次电源转换为二次电源，即将外部输入母线电压转换为(PU模块和1功能模块需要的电压，并保证足够的电流驱动。遥控指令执行是接收外部遥控指令，如常用的开关机、控制权等，并通过继电器及开关路等形式完成指令执行。星载计算机一般有一个供电模块，其电路在一块PCB印制板上，为提高其可靠性，PCB印制板上有独立的两部分或以上的相同电路以形成冗余，保证其中某部分故障时，其他部分可以作为备份替代故障部分工作，完成电源转换和遥控指令执行。
[0020]上述的CPU模块作为运算控制的核心模块完成星载计算机主程序的运行，对1功能模块发送控制信息，与1功能模块交互数据。星载计算机一般有两个或以上的CPU模块，来完成冗余备份，每个CPU模块电路在一块PCB印制板上，通常由CPU、存储器和部门接口电路构成。
[0021]上述的1功能模块接收CPU模块的控制完成对外驱动执行和信息采集，1功能模块根据控制和采集对象和接口类型来划分，常用接口有RS422接口、TTL电平接口、0C门接口，AD接口、DA接口、LVDS接口等，这些接口可以根据需求单独或者组合成多种1功能模块。星载计算机根据需求一般有一个(种)或以上1模块，每种1功能模块的电路在一块PCB印制板上，为提高其可靠性，PCB印制板上有独立的两部分或以上的相同电路以形成冗余，保证其中某部分故障时，其他部分可以作为备份替代故障部分工作。
[0022]上述的CPU模块和1功能模块均带有的路由功能接口是一种采用SpaceWire协议的交换路由器，与路由器连接的每个模块均称为节点，每个节点均有地址，路由器采用包交换的方式，这样每个模块均可以访问计算机中的其他模块，形成了网状的信息交互方式，模块间的信息交换路径将不是唯一，当故障发生时，对故障模块的链路可以进行有效的隔离，并且可以路由地址的配置可以对系统功能进行重组。
[0023]上述的CPU模块和功能模块间的电气和信息连接是通过SpaceWire串行总线连接各模块的路由接口实现。SpaceWire串行总线可以采用电缆的形式也可以采用背板总线形式。当CPU模块加1功能模块总数为三个时，每个模块通过路由功能接口有两条SpaceWire串行总线分别与其他两个模块相连，从而形成两两互联的网状拓扑结构。当CHJ模块加1功能模块总数为四个时，每个模块通过路由功能接口有三条SpaceWire串行总线分别与其他三个模块相连，从而形成两两互联的网状拓扑结构。当CPU模块加1功能模块总数大于四个时，每个模块通过路由功能接口采用至少三条SpaceWire串行总线与其余部分模块互连，这样虽然无法完成两两互联，但经过一次或多次路由可以到达任意模块，两两模块间有至少有三条路径可以互达。
[0024]如图2所示，该采用串行内总线的星载计算机装置在电气连接逻辑上包括:
[0025 ] 路由接口单元、读写控制逻辑、SpaceWire串行链路组成。
[0026]路由接口单元，提供接口电平匹配及SpaceWire包交换功能，该单元包含图所示与A读写控制逻辑、B读写控制逻辑、接口 I?6共8个接口，将这些接口来的数据包，根据包头地址路由到8个接口中相对应地址的接口输出。该接口单元可以采用FPGA实现，也可以选用诸如ATMEL公司的路由芯片AT7910实现。
[0027]读写控制逻辑对应的1功能模块分为A和B两部分，对应CPU模块只有A或B—部分，其功能提供对输入输出数据与路由接口单元的读写控制。其控制逻辑可以由CPU读写1来实现，也可以通过FPGA的逻辑电路实现。
[0028]SpaceWire串行链路连接CPU模块和1功能模块间的路由接口，传输SpaceWire数据包。串行链路选用标准的SpaceWire线缆。
[0029]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，对本实用新型所做的变形或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种采用串行内总线的星载计算机，包括供电模块，CPU模块，1功能模块，其特征在于，所述CPU模块的数量为两个以上，所述1功能模块的数量一个以上，其中，每个CPU模块和每个功能模块均设有具有路由功能的接口，所述接口通过标准SpaceWire串行总线进行互连。2.根据权利要求1所述的采用串行内总线的星载计算机，其特征在于，所述接口间采用SpaceWire协议进行通信。3.根据权利要求1所述的采用串行内总线的星载计算机，其特征在于，当所述CPU模块与1功能模块的总数量为三个时，每个模块通过路由功能接口由两条SpaceWire串行总线分别与其他两个模块相连。4.根据权利要求1所述的采用串行内总线的星载计算机，其特征在于，当所述CPU模块与1功能模块的总数量为大于三个时，每个模块通过路由功能接口至少由三条SpaceWire串行总线与其余全部或部分模块互连。
【文档编号】G06F1/00GK205507610SQ201620277111
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】朱新忠, 高岗, 彭飞, 李毅, 杨鹿
【申请人】上海航天测控通信研究所