一种卫星星务计算机的重要信息的交互方法

技术领域

本发明总的来说涉及卫星星务计算机技术领域，具体而言涉及一种卫星星务计算机的重要信息的交互方法。

背景技术

卫星在轨运行时很难维修，因此需要满足一定的可靠性才能完成在轨任务。卫星的设备一般采用双机备份，同时考虑到寿命要求，设备大都采用冷备份。在设备异常时需要进行双机切换，而对于有控制输出的设备还要求“无缝”切换。对于卫星集中式控制的星务计算机，为实现“无缝”切换，需要故障单机将包括异常前的状态和控制信息的重要信息递给备份单机。因此，双机的重要信息交互的成败直接决定着卫星的安全与否。

现有技术中卫星星务计算机双机信息交互的方法主要有串口通信方法，第三方单机备份方法和FIFO交互方法，下面以双机为A机和B机的情况对上述方法作介绍。

串口通信方法采用GJB1198同步串口或标准的异步串口通信接口进行信息交互。采用GJB1198同步串口时，在A机和B机进行双机交互时，每个单机都需要一个同步串口发送端口以发送数据，以及需要一个同步串口接收端口以接收数据；采用标准的异步串口通信接口时，在A机和B机进行双机交互时，一般采用CPU集成的异步串口收发器完成信息交互。

第三方单机备份方法：通过卫星系统总线(包括CAN或1553B总线)在数管计算机任务空闲时将重要信息发送给常加电的单机，包括电源控制器；在星务分系统异常切机后，再通过卫星系统总线取回所存储的的重要信息，以完成信息交互。

双机FIFO方法采用半双工的交互方法：星务计算机的A机和B机各有一个FIFO，对于A机的FIFO，A机只能往里写入信息，由B机加电后读取信息；对于B机的FIFO，B机只能往里写入信息，由A机加电后读取信息。

对于高可靠长寿命的星务冷备份单机，在轨运行时一般只有在当班单机故障时才会发生切机：硬件看门狗狗咬，系统无法正常运行，软件不能喂硬件狗，导致切机。

采用采用标准的异步串口通信接口的串口通信方法的优点是接口电路简单。但当班单机故障时，CPU不能喂狗也不能更新串口内容，不能完成双机重要信息的交互，只能应用于双机都无故障，例如指令切机时。因此，现今星务计算机采用该方法交互重要信息的较少。

为解决卫星在单机异常时不能驱动接口完成信息交互的问题，目前大部分星务计算机采用第三方单机备份方法：在单机正常运行时将重要信息经卫星系统总线输送至第三方单机存储，切机时备份单机不需要从故障单机获取信息，而是从第三方单机获取信息以实现重要信息的交互。

然而第三方单机备份方法需要星务系统外的设备配合，而且需要保障通信接口和数据安全可靠，因此至少要求第三方单机可靠度不低于星务计算机。另外，双机重要信息的调试和测试都需要第三方单机参与，导致调测过程繁琐。因此第三方单机备份方法对星务系统外的设备的依赖性太强，不利于保障信息交互的可靠性；

目前常采用另一种方法是双机FIFO方法：在单机正常运行时，将重要信息经卫星系统总线输送至本机FIFO存储，切机时备份单机从故障单机获取故障单机在正常运行时写入的重要数据，以实现双机重要信息的交互。优点是避免了在单机异常时不能驱动接口完成信息写入以及避免了向第三方单机获取信息而导致的对第三方设备的依赖。采用同步串口的串口通信方法与双机FIFO方法的优点类似。

但本机FIFO中的重要信息采取冷备份，而对方单机未加电时不会进行读取，当本机FIFO写满时就需要对本机进行清空。如果在FIFO清空后，且重要信息正在写入但又未写入完成时出现异常，此时发生切机备份机读不到重要信息，重要数据就不能被传递给备机，而无法完成“无缝”切机，使卫星进入一个不确定的状态，直接影响卫星的安全。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种卫星星务计算机的重要信息的交互方法，卫星星务计算机包括两个单机，其中两个单机被配置为相同的，该方法包括：

在单机中设置重要数据存储器以保存所述重要信息；以及

由两个单机交互运行应用软件。

在本发明的一个实施例中，重要数据存储器的存储容量为8Kbytes；以及重要数据存储器被配置为：

由一个单机写入数据；

一个单机无法读取重要数据存储器中的数据；

由一个单机进行读操作以清除所述写入的数据；以及

由另一个单机读取重要数据存储器中的数据。

在本发明的一个实施例中，重要数据存储器还包括被配置为先进先出。

在本发明的一个实施例中，重要数据存储器为印GA存储器。

在本发明的一个实施例中，重要数据存储器为FIFO存储器。

在本发明的一个实施例中，由两个单机交互运行应用软件包括下列步骤：

由一个单机判断启动模式并且运行应用软件，包括：

启动模式为冷启动时，读取另一个单机的重要数据存储器中的重要信息，以向应用软件提供输入信息并且运行应用软件；以及

启动模式为热启动时，运行应用软件；

由一个单机在一个应用软件的软件周期中向重要数据存储器中写入该单机的重要信息；以及

由一个单机清除上一个应用软件的软件周期中向重要数据存储器中写入的该单机的重要信息。

在本发明的一个实施例中，该方法包括下列步骤：

由一个单机将重要信息组织为N帧双机交互帧，其中每一帧双机交互帧包括一种重要信息；

由一个单机将所述双机交互帧通过双机交互通道发送给另一个单机；以及

由另一个单机读取所述双机交互帧，并且在所述双机交互帧与该单机存储的同帧重要信息不一致时，根据所述双机交互帧更新该单机存储的同帧重要信息。

在本发明的一个实施例中，所述重要信息包括：星历表数据、轨道数据、任务指令序列数据、时间数据和状态量数据。

在本发明的一个实施例中，当另一个单机的启动状态为冷启动，并且所读取的双机交互帧包括的重要信息为时间数据时，在时间数据上加上冷启动时间以更新该单机存储的时间数据。

本发明方法至少具有如下有益效果：避免了对第三方设备的依赖和FIFO在清空信息后写入未完成时出现异常无法“无缝”切机的问题，保障了重要信息安全可靠的双机交互，能够实现双机的“无缝”切换，保障了卫星的安全可靠。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了本发明一个实施例中星务计算机双机备份的逻辑框图。

图2示出了本发明一个实施例中进行高可靠的重要信息双机交互的硬件原理框图。

图3示出了本发明一个实施例中的软件运行流程。

图4示出了本发明一个实施例中双机信息交互的过程。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

本发明中“重要信息”包括：当前卫星时间系统、当前姿控定姿模式和控制方式、当前卫星各重要设备的加断电状态、卫星轨道以及星历表，其数据总量不超过2Kbytes。

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

在本发明的一个实施例中：

图1示出了本实施例中星务计算机双机备份的逻辑框图。

本发明中在星务计算机系统中设置由保存重要信息的重要数据存储器，不同于通常使用的SRAM或EEPROM，在CPU系统总线设置一个8K×8bit存储空间：所述重要数据存储器读写相同地址空间，处理器以8位方式进行访问，运行过程中本机处理器直接写入信息，备份机处理器读取信息。

所述重要数据存储器被配置为可以字节写入，本机不可读取内容但可进行读操作，每读一次，该存储器中最先写入的数据会被本机清除；另一个单机加电后可读取本机重要数据存储器的有效数据；该存储器具有先进先出的功能，采用FPGA或FIFO存储器实现。

图2示出了本实施例中进行高可靠的重要信息双机交互的硬件原理框图。其中双机A机和B机单机设计完全对称，完全相同，不需区分A机还是B机，设计简单可靠，提高了硬件的可靠度。

图3示出了本实施例中的软件运行流程。软件初始化完成后，开始运行应用软件，包括如下步骤：

判断启动模式，包括：

如果是冷启动，则读取对方机特殊存储区中的重要信息，用于为应用软件提供输入；以及

如果是热启动，则不需读取对方单机的重要数据，直接开始运行应用软件；

在每个软件周期写入本机重要数据至本机的特殊存储区中，重要数据不超过2Kbytes，而本机特殊存储区的容量有8K，所以写入重要数据后，不会超过特殊存储区的存储空间；以及

软件清除上周期写入本机的旧重要数据。

其中双机A机和B机单机软件设计完全对称，完全相同，不需区分A机还是B机，设计简单可靠，提高了软件的可靠度。通过上述软件运行流程，先写新数据再清旧数据，以保障本机特殊存储区中任何时刻都有有效的重要数据，从而保障双机安全可靠地“无缝”切换，提高卫星的安全可靠性，避免因切换异常而导致卫星失效的风险。

在本发明的另一个实施例中：

在特殊存储区硬件设计的基础上，结合与软件控制流程相同的或类似方式实现卫星高可靠重要信息的交互，也可与采用与第三方单机备份方法相结合的方法实现双机重要信息的交互。

本实施例中实现重要信息的交互方法包括：

所有关乎系统连续的状态量分类组织，每类数据组成一帧，共组织N帧。主控机每M(M的大小根据需要选择)个软件周期将N帧数据通过双机交互通道发送。除数据量非常大的延时遥测数据不能够进行组帧发送外，星历表数据、轨道数据、任务指令序列数据、时间数据和状态量数据均可组帧发往备份机。备份机若当前处于热备份状态，则读取主控机发送的交互数据帧，并与自身所存储的同帧数据比较，若不一致则复写，一致则不处理。备份机若当前处于冷备份状态，待启动后从双机交互通道读取最新的双机交互数据，并作为最新状态开始运行，在接收时间帧并进行同步时，在时间数据T的基础上加上启动时间ΔT进行启动时间补偿，以获取更准确的时间，进一步减小双机切换的缝隙。

图4示出了本实施例中双机信息交互的过程，通过上述重要信息的交互方法，当系统发生切机时，备份机可在主控机最新状态基础上无缝平滑地接管任务，同时根据任务指令序列继续实施任务，实现任务不间断运行。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。