通用星载计算机模拟器的制作方法

本发明涉及星载计算机，具体地，涉及一种通用星载计算机模拟器。

背景技术：

1、星载计算机作为航天装备电子系统的控制核心，具有功能集成度高、外部接口复杂、硬件成本高昂、研制周期长等特点。在宇航型号装备的研制流程中，通常需研制星载计算机目标机或电性件对分系统、系统的单机间物理接口、应用层协议和接口时序特性等进行测试验证。根据目前宇航产品的研制实际情况，通常需6～12个月研制周期完成单机产品的研制与验证工作，同时高昂硬件成本也为航天装备的低成本带来困难。

2、另一方面，根据功能复杂度、工作寿命、抗空间辐照能力等应用要求，不同宇航装备型号对星载计算机的需求各不相同，也就造成了对核心中央处理器(cpu，centralprocessing unit/processor)的选型难以统型。例如：大平台、长寿命的卫星型号通常选用sparc v7、sparc v8系列宇航级抗辐照cpu处理器，低成本、商用卫星型号选用powerpc、arm系列工业级cpu处理器。不同设计状态星载计算机的星务应用软件、对外接口形式均不相同，难以通过统一的验证平台对不同型号、不同技术状态的星载计算机进行原型验证。

3、随着航天装备快速响应、批量研制、低成本化等发展趋势，亟需一种高效、快捷、低成本的通用星载计算机模拟器，既具备快速验证、低成本验证的需求，又可满足不同宇航型号设计状态的验证需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种通用星载计算机模拟器。

2、第一方面，本申请实施例提供一种通用星载计算机模拟器，包括：通过板间连接器互联的通用模拟器母板和专用模拟器子板，所述通用模拟器母板包括：存储资源扩展系统、io接口模拟系统、电源转换模块、母板调试接口，所述专用模拟器子板包括：目标处理器、存储器部件，其中：

3、所述通用模拟器母板，用于提供不同星载计算机的共性硬件载体；

4、所述专用模拟器子板，用于提供不同星载计算机的个性硬件载体；

5、所述存储资源扩展系统，用于为目标处理器扩展通用存储资源接口；

6、所述io接口模拟系统，用于以cpu io总线、axi(advancede xtensibleinterface)总线、pcie总线来实现总线转换，并模拟星载计算机内部功能模块、对外接口模块，外部单机接口模块；

7、所述电源转换模块，用于为通用模拟器母板、专用模拟器子板的各型电子元器件提供各档二次电源供电；

8、所述母板调试接口，用于为用户提供存储资源扩展fpga(field-programmablegate array，现场可编程门阵列)、io(in-out，输入输出)接口模拟fpga调试接口，对fpga功能进行调试，以及对各级总线的地址、数据进行实时监控；

9、所述板间连接器，用于建立通用模拟器母板和专用模拟器子板间的供电信号、数据信号互联；

10、所述目标处理器，用于根据用户实际被模拟星载计算机中的cpu处理器进行选型，确定处理器；

11、所述存储器部件，用于直接挂载于目标处理器专用存储接口的存储资源。

12、可选地，所述存储资源扩展系统包括：存储资源扩展fpga和第一存储资源；

13、所述存储资源扩展fpga选用高性能静态随机存取存储器(static random-accessmemory，sram)型fpga作为硬件核心，为目标处理器扩展存储资源，并实现与io接口模块fpga的io数据通信；

14、所述第一存储资源包括多种不同类型的存储器，用以模拟星载计算机实际配置的通用存储器。

15、可选地，所述io接口模拟系统包括：io接口模拟fpga和第二存储资源；

16、所述io接口模拟fpga选用高性能sram型fpga作为硬件核心，以fpga内部功能模块的形式模拟星载计算机的内部功能模块与对外接口功能模块，以cpu io总线、axi总线、pcie(pci-express)总线实现总线转换；

17、所述第二存储资源包括多种不同的存储器，用于为io接口模拟fpga提供配置信息、过程数据存储空间。

18、可选地，所述电源转换模块采用的电源器件包括：dc/dc转换器(直流-直流转换器)、负载点电源、ldo(低压差线性稳压器)，用于将一次电源转换为二次电源，所述二次电源包括：3.3v、5v。

19、可选地，所述存储器部件根据被模拟星载计算机实际状态进行配置，限于直接挂载于目标处理器专用存储接口的存储资源，包括同步动态随机存取内存(synchronousdynamic random-access memory，sdram)、ddr2(double data rate 2)、ddr3(double datarate 3)。

20、可选地，所述板间连接器采用fmc高速板间连接器。

21、可选地，采用cpu-axi总线转换模块将目标处理器的io总线转化为标准axi数据总线。

22、可选地，将io功能模块均挂载在axi总线上，并分为计算机内部功能模块和计算机接口功能模块，其中，

23、所述计算机内部功能模块包括：卫星时间管理模块、双机通信模块、自主夺权模块、看门狗模块等；

24、所述计算机接口功能模块包括：rs422通信模块、ad采集模块、da输出模块、oc指令输入输出模块、ttl指令输入输出模块等。

25、可选地，以fpga功能模块的形式模拟星载计算机的外部接口交互，涵盖星载计算机外部接口，并按照实际通信协议，模拟与星载计算机通信的各种单机在星上的实际响应动作，其中，所述计算机外部接口包括：rs422接口、lvds接口、ad采集接口、da转换接口、oc指令接口、ttl电平接口等。

26、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

27、本申请中采用通用母板+专用子板的星载计算机模拟平台架构，将不同星载计算机的共性硬件集中于母板并通过可配置fpga实现不同功能模块与对外接口；且通用星载计算机模拟器的母板与子板间采用标准fmc接插件并形成确定接口定义，使得通用模拟器母板采取通用硬件设计实现高效、快捷、低成本，专用模拟器子板根据被模拟对象的实际状态采取个性化设计满足不同星载计算机的应用需求，从而能够通过模拟真实系统的物理接口、逻辑关系和时序特性，为用户提供快速原型仿真和验证平台。

技术特征：

1.一种通用星载计算机模拟器，其特征在于，包括：通过板间连接器互联的通用模拟器母板和专用模拟器子板，所述通用模拟器母板包括：存储资源扩展系统、io接口模拟系统、电源转换模块、母板调试接口，所述专用模拟器子板包括：目标处理器、存储器部件，其中：

2.根据权利要求1所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，所述存储资源扩展系统包括：存储资源扩展fpga和第一存储资源；

3.根据权利要求1所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，所述io接口模拟系统包括：io接口模拟fpga和第二存储资源；

4.根据权利要求1所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，所述电源转换模块采用的电源器件包括：dc/dc转换器、负载点电源、ldo，用于将一次电源转换为二次电源，所述二次电源包括：3.3v、5v。

5.根据权利要求1所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，所述存储器部件根据被模拟星载计算机实际状态进行配置，限于直接挂载于目标处理器专用存储接口的存储资源，包括sdram、ddr2、ddr3。

6.根据权利要求1所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，所述板间连接器采用fmc高速板间连接器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，采用cpu-axi总线转换模块将目标处理器的io总线转化为标准axi数据总线。

8.根据权利要求7所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，将io功能模块均挂载在axi总线上，并分为计算机内部功能模块和计算机接口功能模块，其中，

9.根据权利要求1-6中任一项所述的通用星载计算机模拟器，其特征在于，以fpga功能模块的形式模拟星载计算机的外部接口交互，涵盖星载计算机外部接口，并按照实际通信协议，模拟与星载计算机通信的各种单机在星上的实际响应动作，其中，所述计算机外部接口包括：rs422接口、lvds接口、ad采集接口、da转换接口、oc指令接口、ttl电平接口。

技术总结
本发明提供了一种通用星载计算机模拟器，包括：通用模拟器母板和专用模拟器子板，通用模拟器母板用于提供不同星载计算机的共性硬件载体；专用模拟器子板提供不同星载计算机的个性硬件载体；通用模拟器母板包括存储资源扩展系统、IO接口模拟系统、电源转换模块、母板调试接口，专用模拟器子板包括目标处理器、存储器部件，为星上软件的运行提供硬件平台，并根据目标处理器的实际情况进行配置存储部件配置。通用模拟器母板采取通用硬件实现高效、快捷、低成本设计，专用模拟器子板根据被模拟对象的实际状态采取个性化设计，满足不同星载计算机的应用需求，通过模拟真实系统的物理接口、逻辑关系和时序特性，为用户提供快速原型仿真和验证平台。

技术研发人员：柳宜川,何俊,何志敏,沈奇,王帆
受保护的技术使用者：上海航天计算机技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15