一种基于星载软件开发测试验证系统

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种星载软件开发测试验证系统。

背景技术

近年来，随着我国航天事业突飞猛进的发展，卫星从研制到发射已经进入了批量化、高密度发射模式。由于航天是高投入、高风险性的科技密集型工业，依次，其对系统的可靠性、安全性有着严格的要求。其中，卫星星载软件是卫星研制关键环节，其用于实现卫星轨道计算、姿态控制、能源管理、载荷管理、接收遥控指令和数据注入、以及故障诊断等重要功能，并与整个卫星系统的其他部件构成闭环系统运行。因此，星载软件必须在研制过程中进行充分的测试验证，其测试覆盖性是否全面，将直接关系到卫星系统可靠性和试验的成败。

然而，由于星载软件在研制过程中测试接口多，因此，其测试配套终端设备数量繁多，测试的工作量大，如何保证测试的全面性是星载软件开发测试验证系统的关键。

发明内容

为了实现星载软件开发的测试及验证，本发明提供一种星载软件开发测试验证系统，其基于可扩展处理平台Zynq以及以太网控制自动化技术EtherCAT设计而成，所述系统包括：

星载软件运行环境子系统，包括双核处理器、内存、程序存储闪存FLASH、非易失闪存NAND FLASH以及网络模块，所述星载软件运行环境子系统用于模拟星载计算机环境，进行星载软件功能变时长仿真验证；

数据服务子系统，包括数据接入接口以及遥测遥控可视化接口，与外部PC可通信地连接，所述数据服务子系统用于接入卫星轨道姿态动力学数据，以对外接设备和星载软件运算全过程提供数据服务；以及

遥测遥控可视化子系统，安装于PC上，与所述遥测数据可视化接口可通信地连接，所述遥测遥控可视化子系统用于进行人机交互及通信，进行遥控上注指令以及数据块核对校验。

进一步地，所述双核处理器均采用Linux系统，并安装xenomai实时补丁，通过共享内存的方式进行双核间的通信。

进一步地，所述双核处理器为Zynq7平台，其中所述Zynq7平台的PS端集成有千兆以太网PHY，以及所述Zynq7平台的PL端包括两路千兆以太网。

进一步地，所述内存包括DDR3 SDRAM。

进一步地，所述数据服务子系统提供的数据服务包括：为星载软件提供遥控遥测上下行通信，日志文件数据存储、转发，以及为所述遥测遥控可视化子系统提供可视化数据接口服务。

进一步地，所述系统还包括：

一个EtherCat主站，其基于Zynq7平台的进行EtherCAT主站协议实现，用于可扩展挂载设备的网络控制，以将软件系统改造成双内核异构系统；以及

N个EtherCat从站，其基于Zynq7平台及AX58100构建而成，所述EtherCat从站包括RS422通信子系统、1553B板卡挂载子系统，AD/DA子系统以及通用型I/O接口，所述EtherCat从站用于为外围测试配套单机提供接入服务。

进一步地，所述EtherCat主站还包括可扩展数据转换接口。

本发明提供的一种星载软件开发测试验证系统，通过模拟星载计算机环境，对星载软件的底层驱动接口进行封装，提供RTOS兼容的API，保证了星载软件运行的实时性，并进一步通过EtherCAT系统将软件系统改造成双内核异构系统，实现了可扩展的实时高速总线，能够为外围测试配套单机提供接入服务。所述系统采用双硬核处理器，采用Linux系统，并安装xenomai实时补丁，保证了星载软件和EtherCAT主站的实时性，其能模拟星载计算机高性能、实时任务要求，快速易用地进行软件设计、开发、测试、验证，从而实现星载软件功能变时长仿真验证。同时，所述系统的遥测遥控可视化子系统提供了人机交互功能，进一步方便了测试活动的开展。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，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示出本发明一个实施例的一种星载软件开发测试验证系统的组成示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种星载软件开发测试验证系统的结构示意图；以及

图3示出本发明一个实施例的一种星载软件开发测试验证系统的软件功能示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为实现星载软件开发的测试及验证，本发明从卫星星载软件设计和测试需求层面出发，基于协同设计、协同仿真和协同调试的技术手段，提供了一种星载软件开发测试验证系统，下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。

如图1所示，一种星载软件开发测试验证系统，包括：星载软件运行环境子系统101、数据服务子系统102以及遥测遥控可视化子系统103。在本发明的一个实施例中，为了进一步实现可扩展挂载设备的测试验证，所述系统还包括EtherCAT主站104以及N个EtherCAT从站105，其中，EtherCAT主站104作为可扩展挂载设备的网络控制中心。

其中，所述星载软件运行环境子系统101用于模拟星载计算机环境，对星载软件的底层驱动接口进行封装，提供RTOS兼容的API，以进行星载软件功能变时长仿真验证；所述星载软件运行环境子系统101包括双核处理器、内存、程序存储闪存FLASH、非易失闪存NANDFLASH以及网络模块，其中所述双核处理器均采用Linux系统，并安装xenomai实时补丁，通过共享内存的方式进行双核间的通信；由于星载软件测试验证数据量较大，在本发明的一个实施例中，所述内存采用了高内存密度、高带宽的DDR3 SDRAM。

所述数据服务子系统102包括数据接入接口1021以及遥测遥控可视化接口1022，与外部PC可通信地连接，用于接入卫星轨道姿态动力学数据，以对外接设备和星载软件运算全过程提供数据服务，在本发明的一个实施例中，所述数据服务包括为星载软件提供遥控遥测上下行通信，日志文件数据存储、转发，以及为所述遥测遥控可视化子系统103提供可视化数据接口服务；在本发明的一个实施例中，所述数据服务子系统102通过TCP/IP协议与所述外部PC通信；以及

所述遥测遥控可视化子系统103安装于PC上，与所述遥测数据可视化接口1022可通信地连接，用于进行人机交互及通信，进行遥控上注指令以及数据块核对校验。在本发明的一个实施例中，所述遥测遥控可视化子系统103通过TCP/IP协议与所述遥测数据可视化接口1022通信。

在本发明的一个实施例中，所述双核处理器采用了可扩展处理平台Zynq。Zynq平台包含了两个部分，双核的arm以及FPGA。根据XILINX提供的手册，arm模块被称为PS端,而FPGA模块则被称为PL端。基于所述Zynq平台设计的星载软件开发测试验证系统如图2所示，其中，所述Zynq平台的PS端用于构成所述星载软件运行环境子系统101，数据服务子系统102，同时，所述PS端集成了千兆兆以太网PHY，因此，所述数据服务子系统102可通过TCP/IP网络与外部PC机实现通讯以及所述遥测遥控可视化子系统103也可通过TCP/IP网络与所述星载软件运行环境子系统101实现通讯，以获取轨道姿态动力数据以及实现数据可视化；所述Zynq平台的PL端设计有两路千兆以太网，所述PL端用于构成所述EtherCAT主站104，所述EtherCAT主站104通过EtherCAT总线与所述EtherCAT从站105通讯。

具体来说，所述EtherCat主站104是基于Zynq7平台的进行EtherCAT主站协议实现的，其首先移植通用linux系统；然后在此基础上，嵌套基于xenomai实时微内核，将软件系统改造成双内核异构系统，以用于扩展挂载设备的网络控制，EtherCAT主站协议作为实时任务运行在嵌入的实时微内核上，对可扩展数据转换接口、卫星轨道姿态动力学数据接入接口进行总线扩展挂载，数据采集管理。

所述EtherCat从站105则基于Zynq7平台及AX58100构建而成，其通过zynq7的PL逻辑可扩展功能实现具备RS422通信功能、1553B板卡挂载，AD/DA采集功能、通用型I/O接口功能的可扩展的实时高速总线，为外围测试配套单机提供接入服务。所述EtherCat从站105包括RS422通信子系统、1553B板卡挂载子系统，AD/DA子系统以及通用型I/O接口。

所述星载软件开发测试验证系统的软件功能如图3所示，通过数据服务子系统102，采用经数据解帧以及预处理后卫星轨道姿态动力学数据作为输入，在所述星载软件运行环境子系统101中运行星载软件，并将运行结果进行执行器数据转换、数据组帧输出给模拟器，然后根据模拟器结果进一步调整卫星轨道姿态动力学数据，进行迭代测试。此外，还可通过可扩展硬件接口接入外围测试配套单机，并通过可视化数据接口实现人机交互及通信，进行遥控上注指令、数据块核对校验，便于开展测试活动。

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。