[发明专利]一种并行处理的双机容错星上处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种并行处理的双机容错星上处理系统，主要用于星上相机原始图像的高速并行处理，并利用双机容错结构在保证高性能处理的可靠性。

背景技术

星载计算机是卫星综合电子系统的控制和管理中心，承担着卫星姿态与轨道控制、卫星星务管理、有效载荷数据管理与处理等任务，是卫星控制的中心，其重要性不言而喻。而且星载系统要在恶劣的空间环境中长时间可靠运行，所以高可靠性设计成为系统设计的关键。由于星上处理系统对于系统的可靠性有严格要求，因此通常在星上处理系统实现采用冗余设计，来保证系统可靠性。冗余技术是一种典型的容错技术，利用系统中存在的冗余部件来接替故障部件的工作，达到故障屏蔽的目的。冗余技术也称为故障屏蔽技术，可分为静态冗余技术和动态冗余技术两种：

静态冗余技术在模块出现故障时，使用系统内的冗余模块接替故障模块的工作，达到屏蔽故障、提高系统容错能力的目的。这种技术主要用于核电站等可靠性要求极高且在一段时间内既要保持连续运行又无法修理的地方。但静态冗余只是单纯的容忍故障，且故障容忍能力受到本身静态冗余配置的限制。也就是说故障模块继续存在于系统中，使得系统的可靠性越来越低，当冗余资源因故障积累而耗尽时，部件发生故障必然使系统失效。因此，人们提出了动态冗余的思想，使系统的容错能力进一步提高。

动态冗余技术是综合运用静态冗余技术，故障检测、诊断和处理技术来达到更强容错能力的一种综合容错技术。动态体现在作为系统正常资源的冗余模块数随检测到的故障数变化。系统在正常状态下以标准模块配置进行工作，一旦检测出故障就进行处理和恢复，从而消除故障的影响，达到容错的目的。

在动态冗余技术中，双机热备份是星上处理系统中常用的冗余技术。双机热备份是指在正常运行时，两机都加电而其中一机(A)正常工作，另外一机(B)定时检测并得到A的工作状态，当A出现故障时，B恢复A的状态并接替其工作。双工热备份是指正常时两机都工作，对输入作相同的处理，但处理的过程可能不同，输出应该是相同的，这样两机同时互为备份，即双模冗余。

通常在星上处理系统中的双机热备份都是应用在CPU间，即处理系统采用多核CPU架构，而这种结构存在处理器间状态不易同步的问题，同时由于所有处理都是以CPU为处理核心，很多处理环节不能得到优化，因此这种架构通常以牺牲系统资源的方式来换取系统的性能和可靠性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种并行处理的双机容错星上处理系统，将双机热备架构应用于微处理器间，解决了处理器间状态不易同步及单处理器进行图像处理时资源利用不足的问题。

本发明的技术解决方案是：一种并行处理的双机容错星上处理系统，包括图像预处理器(1)、链路选通器(2)、图像检测与识别器(3)、卫星数据管理器(4)、时钟单元(5)、看门狗(6)、电源管理(7)和图像处理样本存储区(8)；

图像预处理器(1)采用了两片FPGA实现双机容错结构，即主备份结构，分别与星上相机及链路选通器(2)相连；每片FPGA对相机原始图像数据进行预处理，预处理包括辐射校正和几何校正，预处理后得到1级图像数据送至链路选通器(2)；

链路选通器(2)连接图像预处理器(1)、图像检测与识别器(3)和卫星数据管理器(4)的IO或外部总线，实现三者之间的通信；对图像预处理器(1)、图像检测与识别器(3)和卫星数据管理器(4)的配置存储器进行数据回读、数据校验和数据修复，对1级图像数据进行拆分和解析得到状态数据和载荷数据，所述载荷数据是指相机拍摄的图像数据，除载荷数据外的辅助信息数据为状态数据；将状态数据送至卫星数据管理器(4)，载荷数据作为2级图像数据送至图像检测与识别器(3)；接收看门狗(6)反馈信号，完成对各可编程芯片的复位；管理电源模块(7)；

图像检测与识别器(3)采用两片DSP实现双机容错结构，即主备份结构，分别与链路选通器(2)相连接；对链路选通器(2)传递的2级图像数据中的无效数据进行剔除，并将剔除后的数据回传给链路选通器(2)用于后续的数据存储处理；所述无效数据是指被云层或沙雾所遮掩的图像数据；