[发明专利]一种皮卫星星载计算机状态回卷温备份的方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星的状态回卷温备份的实现方法，尤其涉及一种皮卫星星载计算机状态回卷温备份的方法。

背景技术

皮卫星是指重量为公斤级的超微小卫星，它一般以微电子、MEMS（Micro Electronic Mechanical System，微型机电系统）、多芯片封装组装等微小型化技术为基础，具有自主控制程度高、重量轻、研制周期短、机动性强、造价和发射成本低等特点。

皮卫星作为一个完整的轨道飞行器，将经历和承受主动段和轨道飞行过程中各恶劣环境条件。这要求皮卫星的星载计算机管理系统具有很高的可靠性。在传统的卫星设计中，通常采用高等级的器件、大量分立元件和分系统级别的备份等多种方法和措施的综合应用来保证可靠性。这种设计方法，与皮卫星的自身特点相冲突。尤其以中国高校为主的皮卫星研制中，缺乏高等级的器件获取渠道、研制经费受限，该方法的局限性更加明显。

为了提高皮卫星系统的可靠性，对核心计算单元通常采用双模备份、三模冗余等措施。其中双模备份相对三模冗余，是一种对功耗和体积要求较低的可靠性保障方法，应用范围较为广泛。

双模备份通常由冷备份、热备份、温备份三种方法。其中，冷备份对器件来说，相对SEU事件（Single Event Upset，单粒子翻转）最为安全，但是冷备份的实时性较差，在主备切换时需要很长时间等待备份单元进入正常工作状态；热备份实时性最好，但其对SEU的可靠性没有本质的提升，与主机有相同的概率受到SEU的影响；温备份介于两者之间，可以在一定程度上降低SEU事件的影响，又能满足一般系统的实时性要求。

目前，国内外温备份方案不足在于：仅对运行过程中的关键数据采用单一备份，缺乏考虑所备份关键信息本身存在错误的情况，这将对备份切换后系统的连续性和正确性造成影响。

发明内容

本发明提供了一种皮卫星星载计算机状态回卷温备份的方法，该方法主要运用于皮卫星的星载计算机系统，兼顾了皮卫星系统的实时性和可靠性要求，具有一定的通用性，可推广到其他卫星系统中。

一种皮卫星星载计算机状态回卷温备份的方法，实施于包括依次连接的双模同构微处理器模块、FPGA和FLASH的系统中，所述的双模同构微处理器模块由两个同构DSP组成；所述的方法包括以下步骤：

（1）依次加载两个同构DSP，且两个DSP同时输出加载成功标识至FPGA，FPGA根据所述的加载成功标识唤醒任一DSP作为主DSP，另一个DSP作为备份DSP；

（2）主DSP将运算过程中产生的关键信息保存至FLASH的关键信息队列中，同时主DSP定时发送心跳信号给所述的FPGA；

（3）FPGA根据心跳信号的监听情况判断主DSP的运行状态；

a）若主DSP工作正常，则循环操作步骤（2）；

b）若主DSP出现异常，FPGA发出切换动作指令启用备份DSP；

（4）备份DSP从所述的关键信息队列中回卷提取最近一次正确的关键信息，并将备份DSP作为新的主DSP，以所述正确的关键信息为恢复点继续前一主DSP的运算任务。

FPGA包括依次连接的数据交互模块、总线选择模块和心跳监控模块，且两个同构DSP均与所述的数据交互模块、总线选择模块和心跳监控模块连接；FLASH设有与所述数据交互模块连接的数据管理模块。

所述双模同构微处理器模块由2片同构低功耗DSP（Digital Signal Processor,数字信号处理器）组成主备工作模式，主要工作分为星务计算、提取关键点、加载关键点三部分。当正常工作时实现皮卫星星务管理、指令收发、数据采集、运算及处理等功能；对以定时或事件为触发的关键点信息采样保存至信息队列；当发生切换动作时，通过比对机制从所述数据管理模块中获取正确的关键点信息，确保星务计算的连续性与正确性。

心跳监控模块由FPGA实现，主要完成实现对双模同构微处理器工作状态监听。所述心跳监听模块的监听模式采用看门狗机制，即周期性接收来自当前主DSP的心跳信号，若在规定时间内没有监听到当前主DSP心跳信号则判定当前主DSP失效，否则判定当前主DSP正常，并将该判决结果反映给所述总线选择模块。

总线选择模块由FPGA实现，根据所述心跳监控模块反馈依据DSP总线切换策略，判决双模同构DSP的主备机状态。所述DSP总线切换策略，即接收所述心跳监控模块心跳监听反馈，若当前主DSP心跳停止，将总线切换至备份DSP。