基于COTS的星载计算机硬件容错体系架构设计与实现

发布时间：2020-06-22 04:41

【摘要】：近年来,随着航天技术的不断进步,卫星技术也在日新月异的发展,对于卫星性能的要求也在不断地提高。星载计算机作为整个卫星系统的枢纽,集中体现了卫星优良的性能和可靠性。就传统的星载计算机而言,基本都采用宇航专用器件构成,宇航专用器件具有优良的抗干扰能力,能够抵抗大多数宇宙空间的辐射危害,可靠度较高。另一方面传统的宇航专用器件价格高昂,供货不稳定而且性能普遍低于同期的COTS(Commercial-Off-The-Shelf,商用现货产品),因此,COTS器件用于星载计算已渐渐成为星载计算机的主流趋势。相较于传统的宇航专用器件,COTS器件的抗辐射能力略显不足,如何利用COTS型器件构建高可靠性的星载计算机是当前星载计算机研究面临的机遇与挑战。本课题从当下国内外COTS型计算机所采取的先进方案和技术出发,结合实际对星载计算机的指标性能要求,设计出了一款基于COTS器件的高可靠度、高扩展性、高实用度的星载计算机硬件容错系统。课题所设计的星载计算机硬件容错系统可以划分为处理器板、仲裁板、接口板和电源板。处理器板为星载计算机的主机,以ADSP-SC589芯片为核心构建而成;仲裁板则以ARM芯片中心构成;接口板包含星载计算机多种与外部设备通信的接口(RS485、CAN等);电源板则是星载计算机电源管理系统的主要部分。由于COTS型器件的抗辐射能力较差,很难直接用于星载计算机。因此,本课题设计了一种双机冗余的星载计算机容错系统构架,该系统拥有两块完全相同的星载计算机板,由仲裁板实现对双机工作模式以及任务的管理,极大的提高了系统的可靠性与实用性。此外,对星载计算机的各个关键部分(如电源系统、存储系统等)均做了抗辐射的容错设计,使星载计算机能够满足实际的需求。最后,完成了星载计算机硬件系统的PCB绘制,实现星载计算机样机组装,对设计的星载计算机进行了实际的功能和性能的测试评估(包括系统的电压转换功能测试、时钟功能测试和调试功能测试等硬件功能测试,RS485、CAN和AD/DA等通信功能测);并对星载计算机双机工作模式进行了实际的验证(包括抗单粒子闭锁自动掉电功能验证、电源强制切换验证和双机切换验证等),验证结果表明,设计符合预期的功能需求。本课题的设计研究进一步完善后可以直接运用到实际的星载计算机中,对于推动星载计算机乃至小卫星的发展等都具有重大现实意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V446
【图文】：

星载计算机

对星载计算机的存储系统和接口单元均作了相进行了简单的容错加固。经过实验检验，该星载计海卫星工程研究所刘凯俊等人设计了一款基于 COT该卫星处理器采用了三模冗余的策略；存储器部分能中断的概率；通信接口依赖通信协议保障，一旦始数据。使用该星载计算机的“和德一号”海事卫各项指标正常。下图 1.6 为该星载计算机的实物图

原理图,芯片电路,原理图,故障指示

图 4.3 CPU 芯片电路原理图部分 1Fig.4.3 Schematic section 1 of CPU chip circuit，为处理器模块的故障显示原理图，CPU 芯片正常启出高电平，此时故障指示发光二极管 D7 不亮，当引脚输出低电平，D7 点亮，表示发生了 CPU 程序

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