[发明专利]三模冗余控制和数据管理计算机及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机体系架构技术领域，尤其是一种抗空间瞬时错误的高可靠计算机体系架构。

背景技术

随着一些空间应用的需求，采用多星上面级实现卫星的承载任务，上面级控制和数据管理计算机兼顾了箭载计算机和星载计算机的典型特点。上面级控制和数据管理计算机既要具有箭载计算机高实时性、低成本的特点，又要具有星载计算机抗空间瞬时错误能力、自主管理任务的特点。

现有的星载计算机主备冗余体系架构，工作模式较多，需要在轨长期运行，单机可靠性要求高，实际应用中很少进行主备切换动作，采用的元器件质量等级非常高。现有的箭载计算机工作时间短、对外接口相对简单，核心处理器一般采用低成本元器件实现，更多实现核心处理器模块的三冗余设计，接口冗余较少。上面级控制与数据管理计算机要求通过1553B总线调度管理和直接指令接口进行上面级的飞行控制与信息监测，实现控制分系统及测控分系统的控制任务，控制分系统部分主要完成导航、姿态确定、轨道控制和故障管理，测控分系统部分主要完成上面级遥测遥控数据管理和程控管理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在星载计算机中，如何抗空间瞬时错误。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种高可靠三模冗余控制和数据管理计算机，包括了电源模块、固态存储模块、表决控制模块、接口控制模块和三个处理器模块，所述电源模块包括三个电源单元，分别为三个所述处理器模块供电，进而实现对所述固态存储模块、表决控制模块、接口控制模块供电，所述固态存储模块包括三个固态数据存储单元，分别与三个所述处理器模块间实现信号互通，且与地面的测控通讯机实现信号互通，所述表决控制模块包括三个表决控制单元，每个所述表决控制单元均与三个所述处理器模块之间实现信号互通，每个所述表决控制单元的输出接口包括了所述1553B总线输出接口、OC门输出接口、RS422通讯输出接口，均通过对应的表决控制单元控制其输出使能或禁止状态。

三个所述处理器模块的硬件、软件配置均相同，所述处理器模块至少包括CPU以及与所述CPU连接的SRAM、SDRAM、PROM、EEPROM、FPGA，所述PROM至少用于存储系统的启动程序；所述EEPROM至少用以存储软件程序和配置信息，所述SRAM至少用以运行软件程序；所述SDRAM至少用以存储其他数据。

所述表决控制单元至少包括了FPGA与连接于所述FPGA的SRAM，所述FPGA分别与三个所述处理器模块连接。

所述的高可靠三模冗余控制和数据管理计算机包含三种工作模式，分别是三机冗余模式、双机热备模式以及仅一个处理器模块运行的单机模式；

所述三机冗余模式中，三个所述处理器模块分别运行，且通过所述处理器模块和表决控制模块选择其中一个处理器模块输出数据；

所述双机热备模式中，一个所述处理器模块作为当班机运行并输出数据，另一个作为备用机运行但不输出数据。

在高可靠三模冗余控制和数据管理计算机的基础上，本发明还提供了其使用方法，该方法包括一同步过程，用以实现本发明所述的高可靠三模冗余控制和数据管理计算机中三个处理器模块的同步，该同步过程包括如下步骤：

每个所述表决控制单元产生一个冗余的同步脉冲，三个同步脉冲传至每个所述处理器模块；

所述处理器模块中的FPGA依据三取二表决的逻辑选择一个同步脉冲，并把该同步脉冲发送至所述处理器模块中的CPU，从而使得三个CPU在统一的同步脉冲驱动下工作。

在高可靠三模冗余控制和数据管理计算机的基础上，本发明还提供了其使用方法，该方法包括依次实施的数据表决过程和输出权表决过程，用以实现本发明所述的高可靠三模冗余控制和数据管理计算机中三个处理器输出什么数据的表决以及哪个处理器模块进行输出的表决；

该数据表决过程包括如下步骤：

每个所述处理器模块分别从各自对应的表决控制单元读取所有三个处理器模块的输出数据；

然后进行三取二表决，得到输出的数据；

该输出权表决过程包括如下步骤：

三个所述处理器模块依据数据表决过程的表决结果，表决选择一个用以输出数据的处理器模块，并将选择结果传输至所述表决控制单元；

每个所述表决控制单元接受三个所述处理器模块传输而来的选择结果进行三取二表决，确定用以输出数据的处理器模块，最后将表决结果反馈给所述处理器模块，从而实现输出。