一种多速率遥测时间同步方法与流程

本发明属于航天电子技术领域，涉及一种多速率遥测时间同步方法。

背景技术：
根据卫星集成化、小型化的发展需求，我国卫星平台电子系统正经历着从传统数管分系统向综合电子分系统演进的过渡期。以综合电子分系统为标志的卫星平台电子系统功能综合了原来数管分系统及其它多个分系统的多种功能。除了完成传统的遥测遥控功能外，还需要完成星上自主管理、任务规划、任务级数据计算等诸多功能，单机面临任务多、模式多的难题，设计复杂度急剧增加。目前，卫星平台CPU工作频率普遍低于60MHZ。由于卫星电子系统功能的增加、指标的提高，单机软硬件界面接口处中断的种类、数量、频率增大。传统的CPU硬件外设设计时，各功能外设独立工作，中断提出频率各不相同，每个模块还会面临随时切换速率模式，随时发生软件复位等操作，长期使用过程中，不同中断之间的相位关系极不固定，给软件设计及CPU负荷预计带来困难和不确定性。在单机软硬件联合调试过程中出现丢中断，处理延迟等故障。经分析排查，大部分由于硬件中断过多、过频繁，过集中，软件处理能力不足导致的。为有效解决此问题，需要在设计硬件外设时，使不同功能模块中断频率尽量低、中断相位关系固定。有利于软件设计预估各项任务的处理时间，最优地安排中断优先级，软件在任务调度时可以有一个确定的时间表，便于设计调度策略，且不同任务之间的时间关系能够确定。

技术实现要素：
本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多速率遥测时间同步方法，解决了多外设中断源同步的问题，即CPU在任何可能的时刻进行外设的局部软件复位、速率切换情况下，仍然能够保持多外设的中断源同步及时间的同步，相对相位关系不变。本发明的技术解决方案是：一种多速率遥测时间同步方法，所述方法实现三种外设的时间同步，三种设备包括：A设备：仅受系统上电复位控制的外设；B设备：受系统上电复位和CPU软件复位控制的外设；C设备：受系统上电复位、CPU软件复位控制和需要调整速率的外设；步骤如下：（1）规整所述三种外设的中断间隔；（2）令所述三种设备在上电的时刻中断同步；（3）当B设备和C设备发生CPU软件复位时，控制B设备和C设备的CPU软件复位的释放时刻，使其中断再次同步；（4）当C设备发生速率切换时，通过三级速率同步使得C设备在速率切换时保持中断同步。所述步骤（1）规整所述三种外设的中断间隔具体为：选定中断频率最低的外设的中断频率为基准，通过调整其它外设的中断频率，划分每个中断对应的数据长度，使每个外设在各种遥测速率和工作模式下的中断频率为基准频率的2的幂次倍，同时遥测速率的可调整值是该外设最低遥测速率的2的幂次倍。所述步骤（2）令所述三种设备在上电的时刻中断同步具体为：选取一个A设备的工作时间为基准时间，其他每个外设设置特殊复位值，该特殊复位值使得各外设的工作时间在基准时间轴上平移，确保上电后各外设的第一个中断提出时刻一致。所述步骤（3）中控制B设备和C设备的CPU软件复位的释放时刻，使其中断再次同步具体为：令工作时间被设定为基准时间的A设备产生一个控制信号，该控制信号产生时刻为所述A设备重新回到其复位状态前一个时钟周期的时刻，以保证对于B设备和C设备，CPU的软见复位释放时刻与上电复位释放时刻一致。所述步骤（4）中通过三级速率同步使得C设备在速率切换时保持中断同步具体为：第一级速率保持寄存器仅受上电复位及速率切换指令控制，上电复位时，将寄存器值恢复为初始默速率值，当速率切换指令到达时，改变其中保存的速率值；第二级速率保持寄存器受上电复位和CPU软件复位控制，当CPU软件复位有效时，将寄存器值恢复为初始默速率值，同时接收一个令工作时间被设定为基准时间的A设备产生的速率同步信号，该信号比所述A设备下一个中断时刻提前时间T，且时间T小于C设备最小中断间隔周期，同时，时间T大于第三级速率保持寄存器从第二级速率保持寄存器中更新速率设置值的时刻，当所述速率同步信号有效时，将第一级速率保持寄存器保存的速率值更新到第二级速率保持寄存器中；第三级速率保持寄存器用于直接控制C设备内的分频器，从而设置C设备的速率，第三级速率保持寄存器受上电复位和CPU软件复位控制，当CPU软件复位有效时，将寄存器值恢复为初始默速率值，同时接收一个C设备产生的控制信号，该控制信号为速率导入信号。所述速率导入信号在C设备中每次中断提出后马上提出，保证C设备中下次中断提出时刻到当前中断提出时刻的时间间隔为切换后速率所对应的周期。本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明解决了多外设种类、多遥测速率工作模式下的多中断同步问题，为CPU软件设计提供了时间上确定的中断输入，有利于软件任务的调度优化，避免由于多中断之间的时间随机性导致丢中断、中断响应不及时等问题。附图说明图1为本发明的多速率遥测时间同步方法流程图；图2为本发明多外设之间中断提出对齐关系示意图。具体实施方式星载计算机需要与多类型遥测、遥控及通信外设交互数据，同时各个外设的工作频率会随着用户需求发生变化。这将导致CPU软件的任务处理的调度面临较大不确定性。多速率遥测调度时间同步方法，用于解决卫星多外设中断源及下行遥测速率变化及外设模块局部复位时，CPU面临的多任务间中断相位变化，多任务时间失同步的问题。为CPU提供多任务的中断相位同步保证，如图2，其中的多外设中断相位对齐，避免由未知的中断聚集情况导致的丢中断故障发生，降低软件设计难度。本发明提供了一种多速率遥测时间同步方法，如图1所示，该方法实现三种外设的时间同步，三种设备包括：A设备：仅受系统上电复位控制的外设；B设备：受系统上电复位和CPU软件复位控制的外设；C设备：受系统上电复位、CPU软件复位控制和需要调整速率的外设；步骤如下：（1）规整所述三种外设的中断间隔；在航天器平台电子系统中，CPU与外部载荷、外部单机、机内外设芯片之间的数据通信需要各种丰富的功能接口外设的配合。这些功能外设包括了ML数据发送、DS量采集以及各种标准的或者型号定制的数据收发接口。由于所实现功能不同，各功能模块所处理数据也不同。有的速率快，有的速率慢。有的数据包比较大，有的数据包比较小。要实现多信号的同步或者相位同步，那么其频率应该是相同的，或者为某频率2的幂次倍。因此，本发明的第一步就是通过功能设计，将各功能外设的中断间隔规整化。各功能外设的中断间隔规整化的方法是：选定中断频率最低的外设的中断频率为基准，通过调整其它外设的中断频率，划分每个中断对应的数据长度，使每个外设在各种遥测速率和工作模式下的中断频率为基准频率的2的幂次倍，同时遥测速率的可调整值是该外设最低遥测速率的2的幂次倍。（2）令所述三种设备在上电的时刻中断同步；在电子系统设计中，上电复位时，常将各个寄存器复位为全0或者全1。但是由于各外设所实现功能不同，如果按照常规复位方式，上电复位后，每个外设提出中断距复位释放的延时必然不尽相同。为解决这个问题，本发明的第二个步骤就需要选取一个A设备的工作时间为基准时间，其他每个外设设置特殊复位值，该特殊复位值使得各外设的工作时间在基准时间轴上平移，确保上电后各外设的第一个中断提出时刻一致。具体每个外设复位初值，应根据各外设功能需求所提中断提出时刻计算。比如：某外设由于功能约束，上电后第1600个时钟后提出第一个中断，而A设备上电后第1024个时钟后提出第一个中断。那么就需要在上电复位释放时，将该外设的各个寄存器状态设置为传统上电复位后第（1600-1024）个时钟时寄存器状态，那么应用新复位值之后，该设备上电后第1024个时钟之后即提出中断，与A设备实现了同步。（3）本发明中的第三个步骤是控制CPU软复位的释放，该技术处理CPU可能在任何时刻发出并释放的软件复位，由于其释放时刻的随机性，必然会打乱由上电复位建立起来的各外设间同步关系。当B设备和C设备发生CPU软件复位时，控制B设备和C设备的CPU软件复位的释放时刻，使其中断再次同步；令工作时间被设定为基准时间的A设备产生一个控制信号，该控制信号产生时刻为所述A设备重新回到其复位状态前一个时钟周期的时刻，以保证对于B设备和C设备，CPU的软见复位释放时刻与上电复位释放时刻一致。其原理是通过控制CPU的软件复位释放时刻，在不影响A设备工作的前提下，再次重现了上电复位的过程，各个模块再一次站在了上电复位一致的起跑线上，B设备和C设备自该时刻起，开始自己的时间计数，由此来保证软复位发生后，所有外设如同上电复位一样，重新又获得同步。（4）当C设备发生速率切换时，通过三级速率同步使得C设备在速率切换时保持中断同步。对于需要根据直接指令切换速率（中断频率也随之切换）的C设备。速率之间的随机切换，就会影响中断对齐关系。比如，但原来工作在较高速率，中断提出频率为16HZ，时间基准模块中断提出频率为1HZ，假设复位后，两模块已经恢复同步关系，当某一秒内，该模块提到第15个中断时，将其频率切换降低8倍，那么其中断频率降为2HZ，那么之后两个中断之间就一直差了1/16秒。本发明的最后一个步骤，是为了解决这个问题的。第一级速率保持寄存器仅受上电复位及速率切换指令控制，上电复位时，将寄存器值恢复为初始默速率值，当速率切换指令到达时，改变其中保存的速率值；第二级速率保持寄存器受上电复位和CPU软件复位控制，当CPU软件复位有效时，将寄存器值恢复为初始默速率值，同时接收一个令工作时间被设定为基准时间的A设备产生的速率同步信号，该信号比所述A设备下一个中断时刻提前时间T，且时间T小于C设备最小中断间隔周期，同时，时间T大于第三级速率保持寄存器从第二级速率保持寄存器中更新速率设置值的时刻，当所述速率同步信号有效时，将第一级速率保持寄存器保存的速率值更新到第二级速率保持寄存器中；第三级速率保持寄存器用于直接控制C设备内的分频器，从而设置C设备的速率，第三级速率保持寄存器受上电复位和CPU软件复位控制，当CPU软件复位有效时，将寄存器值恢复为初始默速率值，同时接收一个C设备产生的控制信号，该控制信号为速率导入信号，速率导入信号在C设备中每次中断提出后马上提出，保证C设备中下次中断提出时刻到当前中断提出时刻的时间间隔为切换后速率所对应的周期。