一种星敏感器软件在线故障监测系统及其监测方法与流程

本发明涉及一种星敏感器软件在线故障监测系统及其监测方法。

背景技术：

卫星姿态测量是卫星姿态控制的基础。星敏感器是一种以恒星作为观测目标的高精度姿态敏感器，是一种完全独立和自主的姿态测量仪器，无需与其它姿态敏感器相结合，可实现卫星三轴姿态的捕获与跟踪、快速定姿与轨道机动。星敏感器以天球中精确定位的恒星系统作为绝对参照系，通过对恒星的观测、识别、计算，得到卫星的姿态。由于测量精度高、实时性强、体积小、功耗低等优点，近年来星敏感器被广泛应用于卫星姿态测量系统。

星敏感器软件是一种嵌入式自主软件，软件规模大，要完成的功能多，算法复杂，它是星敏感器实现姿态测量的核心。星敏感器软件不同于一般的通用软件，它驻留在星敏感器处理器内，在卫星发射后要求在轨不间断运行至少两年以上时间，因此软件系统必须具有长时间运行的高可靠性。

由于星敏感器软件规模增大和复杂性的增加，软件可能存在许多缺陷，这需要通过地面长时间、多工况的试验和测试，不断发现软件中潜在的问题，通过修改软件设计，不断完善软件，根除故障产生的原因，逐步提高星敏感器软件可靠性，以达到规定的设计要求。

但是在实际情况中，很多问题需要在某一特定工况下，较长时间不间断运行软件才能复现，且断电重启后，软件又会恢复正常。因此，需要一种能够高效率、有效的对星敏感器软件问题进行定位，方便对问题原因进行排查，且能够实时监测软件运行状态的方法和手段。

技术实现要素：

本发明提供一种星敏感器软件在线故障监测系统及其监测方法，实现对星敏感器软件运行状态的实时在线监测，可及时定位软件运行过程中出现的故障问题，增加了星敏感器软件故障的可视性，提高了星敏感器软件故障排查效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种星敏感器软件在线故障监测系统，包含：cpu模块、fpga模块和地面接收设备，fpga模块通过数据总线和地址总线连接cpu模块，并通过接口连接地面接收设备；

所述的cpu模块将需要传输的星敏感器软件关键数据通过数据总线和地址总线，利用地址映射的方式写入fpga模块，fpga检测到cpu模块发送的握手信号的电平状态发生变化后，将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备，地面接收设备实时解析并显示星敏感器软件运行情况，在线监测软件故障。

所述的fpga模块包含：

随机存储器ram，其通过数据总线和地址总线连接cpu模块，用于存储cpu模块写入的星敏感器软件关键数据；

数据发送模块，其连接随机存储器ram和cpu模块，当检测到cpu模块发送的握手信号的电平状态发生变化后，将星敏感器软件关键数据发送至接口模块；

接口模块，其连接数据发送模块和地面接收设备，将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备。

所述的接口模块包含多个接口子模块。

本发明还提供一种星敏感器软件在线故障监测方法，包含以下步骤：

步骤s1、cpu模块将需要传输的星敏感器软件关键数据打包，通过数据总线、地址总线和控制信号，利用地址映射的方式将打包后的星敏感器软件关键数据写入fpga模块中的随机存储器ram，cpu模块完成星敏感器软件关键数据的写入后，改变与fpga模块的握手信号的电平状态；

步骤s2、fpga模块中的数据发送模块检测到cpu模块发送的握手信号的电平状态发生变化后，将星敏感器软件关键数据发送至接口模块；

步骤s3、接口模块将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备；

步骤s4、地面接收设备实时解析接收到的星敏感器软件关键数据，并实时显示星敏感器软件运行情况，在线监测软件故障。

所述的步骤s2中，数据发送模块将星敏感器软件关键数据发送至接口模块的方法进一步包含：

步骤s2.1、上电后，数据发送模块处于空闲状态，等待握手信号的电平状态发生变化的使能信号的到来；

步骤s2.2、检测到使能信号后，判断接口子模块的类型；

步骤s2.3、数据发送模块根据接口子模块的类型发送对应的接口模块使能信号给接口模块，并从随机存储器ram201中读取待发送的数据发送至接口模块；

步骤s2.4、数据发送模块对已发送的数据个数进行连续计数，若随机存储器ram201中的数据未发送完成，则继续读取数据并发送，若已发送完成，则进入数据发送完成状态，给出发送完成标志信号，回到空闲状态，等待下一个使能信号的到来。

所述的步骤s3中，接口模块将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备的方法进一步包含：

步骤s3.1、接口模块对接收到的接口模块使能信号进行解码，获得需要使能的接口子模块的类型；

步骤s3.2、使能所需的接口子模块，通过该接口子模块将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备。

本发明具有以下优点和有益效果：

1、采用fpga实现软件关键数据的缓存、发送、接口配置；

2、接口可配置为串行接口、can总线接口或1553b接口，灵活方便；

3、采用检测cpu信号的电平变化，实现cpu与fpga数据交互的握手，避免数据读写冲突的发生，提高设计可靠性；

4、设计的星敏感器软件在线故障监测系统为通用模块，可应用于各类星敏感器产品。

附图说明

图1是本发明提供的一种星敏感器软件在线故障监测系统的结构框图。

图2是数据发送模块的数据发送流程图。

图3是接口模块的接口选择示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种星敏感器软件在线故障监测系统，包含：cpu模块1、fpga模块2和地面接收设备3，fpga模块2通过数据总线和地址总线连接cpu模块1，并通过接口连接地面接收设备3。所述的cpu模块1将需要传输的星敏感器软件关键数据通过数据总线和地址总线，利用地址映射的方式写入fpga模块2，fpga检测到cpu模块1发送的握手信号的电平状态发生变化后，将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备3，地面接收设备3实时解析并显示星敏感器软件运行情况，在线监测软件故障。

所述的fpga模块2包含：

随机存储器ram201，其通过数据总线和地址总线连接cpu模块1，用于存储cpu模块1写入的星敏感器软件关键数据；

数据发送模块202，其连接随机存储器ram201和cpu模块1，当检测到cpu模块1发送的握手信号的电平状态发生变化后，将星敏感器软件关键数据发送至接口模块203；

接口模块203，其连接数据发送模块202和地面接收设备3，将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备3。

所述的接口模块203包含多个接口子模块，所述的接口子模块为串行接口或can总线接口或1553b总线接口或其他接口。

本发明还提供一种星敏感器软件在线故障监测方法，包含以下步骤：

步骤s1、cpu模块1将需要传输的星敏感器软件关键数据打包，通过数据总线、地址总线和控制信号，利用地址映射的方式将打包后的星敏感器软件关键数据写入fpga模块2中的随机存储器ram201，cpu模块1完成星敏感器软件关键数据的写入后，改变与fpga模块2的握手信号的电平状态；

步骤s2、fpga模块2中的数据发送模块202检测到cpu模块1发送的握手信号的电平状态发生变化后，将星敏感器软件关键数据发送至接口模块203；

步骤s3、接口模块203将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备3；

步骤s4、地面接收设备3实时解析接收到的星敏感器软件关键数据，并实时显示星敏感器软件运行情况，在线监测软件故障。

如图2所示，所述的步骤s2中，数据发送模块将星敏感器软件关键数据发送至接口模块的方法进一步包含：

步骤s2.1、上电后，数据发送模块202处于空闲状态，等待握手信号的电平状态发生变化的使能信号的到来；

步骤s2.2、检测到使能信号后，判断接口子模块的类型，即，根据表征接口类型的接口要求码识别出采用何种接口子模块的类型（比如：信号“00”表征串行接口、信号“01”表征can总线接口，信号“10”表征1553b总线接口）；

步骤s2.3、数据发送模块202根据接口子模块的类型发送对应的接口模块使能信号给接口模块203，并从随机存储器ram201中读取待发送的数据发送至接口模块203；

步骤s2.4、数据发送模块202对已发送的数据个数进行连续计数，若随机存储器ram201中的数据未发送完成，则继续读取数据并发送，若已发送完成，则进入数据发送完成状态，给出发送完成标志信号，回到空闲状态，等待下一个使能信号的到来。

如图3所示，所述的步骤s3中，接口模块将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备的方法进一步包含：

步骤s3.1、接口模块203对接收到的接口模块使能信号进行解码，获得需要使能的接口子模块的类型；

步骤s3.2、使能所需的接口子模块，通过该接口子模块将星敏感器软件关键数据发送至地面接收设备3。

本发明具有以下优点和有益效果：

1、采用fpga实现软件关键数据的缓存、发送、接口配置，fpga内部具有ram，可实现数据缓存；

2、接口可配置为串行接口、can总线接口或1553b接口，灵活方便；

3、采用检测cpu信号的电平变化，实现cpu与fpga数据交互的握手，避免数据读写冲突的发生，提高设计可靠性；

4、设计的星敏感器软件在线故障监测系统为通用模块，可应用于各类星敏感器产品。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。