專利名稱：一種可重構(gòu)的星載設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可重構(gòu)的星載設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前的星載設(shè)備基本上是針對(duì)特定的功能開發(fā)，衛(wèi)星一旦發(fā)射，其處理方式和處理能力不能改變，而在實(shí)際應(yīng)用隨著任務(wù)需求的變化迫切希望衛(wèi)星在發(fā)射之后還能根據(jù)需求的變化改變?cè)O(shè)備的功能。而星載設(shè)備在實(shí)現(xiàn)星上處理功能的基礎(chǔ)上，加入了軟件無線電的設(shè)計(jì)思想，使星上設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)軟件在軌重構(gòu)加載。在相同的硬件平臺(tái)上，通過上行注入和重新配置不同的軟件程序，實(shí)現(xiàn)單板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的功能重構(gòu)，適時(shí)的適應(yīng)各種通信需求,而硬件無需作任何改動(dòng)?，F(xiàn)有的關(guān)于軟件無線電技術(shù)的研究主要體現(xiàn)在從功能上通過專用的控制電路控 制對(duì)主處理器實(shí)施軟件功能重構(gòu)，例如文獻(xiàn)“抗單粒子翻轉(zhuǎn)的可重構(gòu)衛(wèi)星通信系統(tǒng)”分析了單粒子翻轉(zhuǎn)對(duì)在軌衛(wèi)星的嚴(yán)重影響和主要的防護(hù)方法，提出了一種遵循軟件無線電思想的可重構(gòu)通信系統(tǒng)。在總控單元以及地面控制系統(tǒng)的監(jiān)控下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)單粒子翻轉(zhuǎn)的檢測(cè)和硬件的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，有效地克服了單粒子翻轉(zhuǎn)對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響，但文中未提到對(duì)重構(gòu)配置信息的處理過程及硬件具體組成功能的描述；文獻(xiàn)“低軌衛(wèi)星可重構(gòu)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)”載荷通信單元按照“軟件無線電”技術(shù)設(shè)計(jì)思路，主要信號(hào)處理單元將由數(shù)字基帶部分完成，有效載荷的構(gòu)成采用模擬數(shù)字混合式設(shè)計(jì)，基帶部分與各模式RF前端電路間采用統(tǒng)一接口。針對(duì)數(shù)字基帶部分可重構(gòu)要求，采用業(yè)界重構(gòu)性能優(yōu)越的FPGA作主體，DSP輔助處理的架構(gòu)。FPGA通過擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口與DSP連接作為其下位機(jī)使用。FPGA可負(fù)責(zé)解擴(kuò)解碼和調(diào)制解調(diào)處理，DSP芯片可負(fù)責(zé)高層次MAC層、網(wǎng)絡(luò)層的調(diào)度(如鏈路信道分配和控制，通信編解碼信號(hào)控制等)。未對(duì)重構(gòu)控制電路進(jìn)行詳細(xì)描述，同時(shí)對(duì)重構(gòu)控制電路和基帶電路的相互關(guān)系未做過多的描述。所以該文章提到的重構(gòu)系統(tǒng)的組成以及主要功能構(gòu)成方式與本實(shí)用新型中的方法和結(jié)構(gòu)存在不同；文獻(xiàn)“‘軟件星’在快速響應(yīng)空間中的應(yīng)用”介紹了一些模塊化的硬件平臺(tái)的一些基本思路，但并沒有硬件的具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)成信息。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)解決問題是提供了一種可重構(gòu)的星載設(shè)備，給出了具有業(yè)務(wù)處理通道和重構(gòu)控制通道兩個(gè)獨(dú)立通道的可重構(gòu)星載設(shè)備組成方案。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種可重構(gòu)的星載設(shè)備，包括業(yè)務(wù)處理通道、重構(gòu)控制通道和星上主控單元，所述業(yè)務(wù)處理通道包括多個(gè)業(yè)務(wù)處理器、與每個(gè)業(yè)務(wù)處理器相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器和AD/DA模塊，所述的每個(gè)業(yè)務(wù)處理器與存儲(chǔ)器相連，所述業(yè)務(wù)處理器的輸出端與AD/DA模塊相連；所述重構(gòu)控制通道包括重構(gòu)控制處理器；重構(gòu)控制處理器與所述業(yè)務(wù)處理器相連，用于在上電或工作過程中向業(yè)務(wù)處理器發(fā)送重配置信息，并接收由業(yè)務(wù)處理重構(gòu)完成后返回的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)；[0008]所述星上主控單元與重構(gòu)控制處理器相連，將從地面接收到的包含重配置信息的信息幀并發(fā)送到重構(gòu)控制處理器；并將重構(gòu)控制處理器從業(yè)務(wù)處理單元接收到的狀態(tài)信息發(fā)送到地面。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)I、對(duì)于可重構(gòu)星載設(shè)備而言，星地之間的重構(gòu)配置信息的正確可靠傳輸是重構(gòu)的基礎(chǔ)。高速無誤碼的傳輸配置信息，對(duì)信號(hào)傳輸技術(shù)提出了較大的挑戰(zhàn)。本實(shí)用新型星地之間存在專用的配置信息上傳通道，通過特定的協(xié)議逐幀上傳信息幀，星上主控單元接收信息幀并對(duì)幀進(jìn)行解析校驗(yàn)，可以有效提高配置信息傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃裕?、本實(shí)用新型對(duì)重構(gòu)控制處理器的硬件構(gòu)成和功能以及重構(gòu)處理流程進(jìn)行了詳細(xì)的說明，且重構(gòu)控制通道和主業(yè)務(wù)處理通道獨(dú)立工作，互不影響，重構(gòu)控制通道根據(jù)地面控制，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)對(duì)主業(yè)務(wù)處理器進(jìn)行功能重構(gòu)，避免了衛(wèi)星功能的中斷或紊亂。

圖I為本實(shí)用新型示意圖；圖2為本實(shí)用新型流程圖。
具體實(shí)施方式
下面就結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步介紹。本發(fā)明所述的可重構(gòu)的星載設(shè)備如圖I所示，它將星載設(shè)備分為業(yè)務(wù)處理通道和重構(gòu)控制通道，分別利用業(yè)務(wù)處理通道和重構(gòu)控制通道可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和配置數(shù)據(jù)可以分開處理。其中，業(yè)務(wù)處理器上電后接受重構(gòu)控制通道的控制，從與每個(gè)業(yè)務(wù)處理器相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器中讀取程序，將存儲(chǔ)器中程序數(shù)據(jù)讀到內(nèi)部RAM中，執(zhí)行RAM中的程序數(shù)據(jù)后，即可處理相應(yīng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)AD/DA模塊完成高速AD轉(zhuǎn)換；同時(shí)，業(yè)務(wù)處理器接收重構(gòu)控制通道發(fā)出重配置信息，重構(gòu)自身功能，并回傳重構(gòu)狀態(tài)信息給重構(gòu)控制處理器。重構(gòu)控制通道中的重構(gòu)控制處理器，接收來自星上主控單元發(fā)送的重構(gòu)控制指令，完成配置數(shù)據(jù)幀的接收及解析，提取出需配置的信息，并將提取出的配置信息逐次寫進(jìn)與重構(gòu)控制處理器相連的外部存儲(chǔ)器中備用或者直接將配置信息發(fā)給主業(yè)務(wù)處理器進(jìn)行功能重構(gòu)。主業(yè)務(wù)處理器將新的配置信息載入內(nèi)部RAM中，再通過外部時(shí)序的控制使其加載RAM中新的配置信息，完成重新配置過程，同時(shí)重構(gòu)控制通道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重構(gòu)過程，將重構(gòu)完成后的狀態(tài)信息回傳給星上主控單元。主業(yè)務(wù)處理器重構(gòu)完成后，即相當(dāng)于對(duì)其下載了新的程序，這樣就完成了一次軟件功能重構(gòu)，星載處理設(shè)備可以處理新的業(yè)務(wù)。通過對(duì)主業(yè)務(wù)處理器的軟件重構(gòu)，還可以解決SRAM型FPGA的空間單粒子問題，當(dāng)星上處理器因?yàn)閱瘟Ｗ有?yīng)而工作不正常時(shí)，可通過傳輸配置數(shù)據(jù)對(duì)處理器進(jìn)行軟件功能重構(gòu)，完成故障修復(fù)，使處理器恢復(fù)處理功能。采用該可重構(gòu)方法所設(shè)計(jì)的配置流程如圖2所示，具體流程為步驟一地面站通過專用通道向衛(wèi)星發(fā)送功能重構(gòu)指令，星上主控單元接收到指令后下傳確認(rèn)信息，形成星地握手；步驟二 星地握手成功后地面站通過專用無線信道逐次上傳配置信息幀到主控單元，主控單元接收并存儲(chǔ)配置信息幀，并對(duì)整幀進(jìn)行解校驗(yàn)，校驗(yàn)正確后進(jìn)行幀解析，提取幀頭信息，判斷后將該信息幀送往重構(gòu)控制通道；步驟三重構(gòu)控制通道的控制器接收配置信息幀并對(duì)整幀進(jìn)行解校驗(yàn)，校驗(yàn)正確后進(jìn)行幀解析，解析完成后將配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，同時(shí)將校驗(yàn)信息回傳給星上主控單元；步驟四重構(gòu)控制處理器根據(jù)接收到的重構(gòu)指令，讀取存儲(chǔ)器中相應(yīng)的配置數(shù)據(jù)，通過運(yùn)行在重構(gòu)控制處理器上的邏輯控制時(shí)序主動(dòng)對(duì)主業(yè)務(wù)處理器進(jìn)行重構(gòu)加載；步驟五當(dāng)所有配置信息幀中的內(nèi)容都下載到主業(yè)務(wù)處理器后，主業(yè)務(wù)處理器自身重新運(yùn)行新的配置信息，完成功能重構(gòu)，并將重構(gòu)狀態(tài)信息回傳給重構(gòu)控制處理器；步驟六重構(gòu)完成后，重構(gòu)控制處理器檢測(cè)業(yè)務(wù)處理通道中業(yè)務(wù)處理器的重構(gòu)狀態(tài)信息，并將檢測(cè)結(jié)果返回給星上主控單元；主控單元通過專用通道將重構(gòu)結(jié)果回傳地面站，至此重構(gòu)過程結(jié)束，主業(yè)務(wù)處理單元具有了新的業(yè)務(wù)處理功能。 綜上所述，重構(gòu)控制通道和主業(yè)務(wù)處理通道功能統(tǒng)計(jì)如表I所示表I處理器功能描述
'I序號(hào)|_處理器I功能
1重構(gòu)控制通道I) 在系統(tǒng)上電時(shí)對(duì)主業(yè)務(wù)處理器進(jìn)行默認(rèn)功能配
置；
2)接收星上主控單元的傳送的配置數(shù)據(jù)并解析校驗(yàn)，并將檢驗(yàn)結(jié)果回傳為主控單元；
3)將配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，通過運(yùn)行邏輯控制 ■時(shí)序主動(dòng)對(duì)主業(yè)務(wù)處理器進(jìn)行重構(gòu)加載；
4)檢測(cè)重構(gòu)狀態(tài)信息，并將結(jié)果反饋給星上主控單 ——_ _ ____
2主業(yè)務(wù)處理通道 I) 在系統(tǒng)上電時(shí)接受重構(gòu)控制處理器的配置，進(jìn)入
默認(rèn)功能狀態(tài)，對(duì)通道業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
2)在系統(tǒng)工作過程中，受重構(gòu)控制處理器的控制，
重構(gòu)自身處理功能，進(jìn)入新的功能狀態(tài)，對(duì)業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
_L _ 一 3)回傳重構(gòu)狀態(tài)信息給重構(gòu)控制處理器；實(shí)施例本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)中使用小規(guī)模、高可靠的處理器作為重構(gòu)控制處理器，大規(guī)模處理器作為主業(yè)務(wù)處理器。系統(tǒng)上電后重構(gòu)控制處理器通過控制邏輯為主業(yè)務(wù)處理器加載默認(rèn)配置數(shù)據(jù)，然后重構(gòu)控制處理器根據(jù)重構(gòu)控制通道接收的重構(gòu)指令和配置數(shù)據(jù)主動(dòng)對(duì)主業(yè)務(wù)處理器進(jìn)行重構(gòu)加載控制。重構(gòu)控制處理器和主業(yè)務(wù)處理器采用FPGA芯片設(shè)計(jì)，具體重構(gòu)過程為I.上電后作為重構(gòu)控制處理器的FPGA對(duì)所有主業(yè)務(wù)處理通道中的FPGA[1 :M]加載存儲(chǔ)器[1:N]中存儲(chǔ)的默認(rèn)配置數(shù)據(jù)；2.當(dāng)有重構(gòu)需求吋，地面站向星上主控單元發(fā)送重構(gòu)遙控指令，星上主控單元響應(yīng)該遙控指令并將確認(rèn)遙測(cè)信息發(fā)送給地面站，星地握手成功，地面站通過專用配置通道上傳新的配置數(shù)據(jù)給主控單元，主控單元把新的配置數(shù)據(jù)傳送到重構(gòu)控制FPGA，重構(gòu)控制FPGA根據(jù)主控単元的重構(gòu)指令將數(shù)據(jù)寫入到指定的存儲(chǔ)器X (I < X < N)中；[0034]3.重構(gòu)控制FPGA再根據(jù)重構(gòu)指令將存儲(chǔ)器X中的新的配置數(shù)據(jù)通過重構(gòu)邏輯加載到指定的主業(yè)務(wù)處理FPGA Y(1 < Y < M)中進(jìn)行重構(gòu)配置；4.重構(gòu)控制FPGA首先對(duì)主業(yè)務(wù)處理FPGA Y的進(jìn)行控制，使主業(yè)務(wù)處理FPGA準(zhǔn)備接受配置數(shù)據(jù)；5.主業(yè)務(wù)處理FPGA準(zhǔn)備完成，則加載配置數(shù)據(jù)。如果配置數(shù)據(jù)加載成功；6.完成配置數(shù)據(jù)的加載后，主業(yè)務(wù)處理FPGA進(jìn)入根據(jù)加載的配置數(shù)據(jù)進(jìn)入啟動(dòng)過程，主業(yè)務(wù)處理FPGA從加載狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)；7.當(dāng)主業(yè)務(wù)處理FPGA啟動(dòng)完成后，回傳重構(gòu)狀態(tài)信息給重構(gòu)控制FPGA，重構(gòu)控制FPGA檢測(cè)到該狀態(tài)信息后，返回重構(gòu)成功的信號(hào)給星上主控單元，主控單元發(fā)送重構(gòu)成功遙測(cè)信號(hào)給地面站；至此在重構(gòu)指令的控制下，重構(gòu)控制FPGA通過讀取存儲(chǔ)器X中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)重構(gòu)控制邏輯將新的配置數(shù)據(jù)加載到主業(yè)務(wù)處理FPGA Y中，主業(yè)務(wù)處理FPGA Y可以執(zhí)行新 的功能，重構(gòu)過程完畢。本實(shí)用新型未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求1.一種可重構(gòu)的星載設(shè)備，其特征在于包括業(yè)務(wù)處理通道、重構(gòu)控制通道和星上主控單元，所述業(yè)務(wù)處理通道包括多個(gè)業(yè)務(wù)處理器、與每個(gè)業(yè)務(wù)處理器相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器和AD/DA模塊，所 述的每個(gè)業(yè)務(wù)處理器與存儲(chǔ)器相連，所述業(yè)務(wù)處理器的輸出端與AD/DA模塊相連； 所述重構(gòu)控制通道包括重構(gòu)控制處理器；重構(gòu)控制處理器與所述業(yè)務(wù)處理器相連，用于在上電或工作過程中向業(yè)務(wù)處理器發(fā)送重配置信息，并接收由業(yè)務(wù)處理重構(gòu)完成后返回的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)； 所述星上主控單元與重構(gòu)控制處理器相連，將從地面接收到的包含重配置信息的信息幀發(fā)送到重構(gòu)控制處理器；并將重構(gòu)控制處理器從業(yè)務(wù)處理單元接收到的狀態(tài)信息發(fā)送到地面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可重構(gòu)的星載設(shè)備，包括業(yè)務(wù)處理通道、重構(gòu)控制通道和星上主控單元，業(yè)務(wù)處理通道包括多個(gè)業(yè)務(wù)處理器、與每個(gè)業(yè)務(wù)處理器對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器和AD/DA模塊，每個(gè)業(yè)務(wù)處理器與存儲(chǔ)器相連，業(yè)務(wù)處理器的輸出端與AD/DA模塊相連。重構(gòu)控制通道包括重構(gòu)控制處理器；重構(gòu)控制處理器與業(yè)務(wù)處理器相連，用于在上電或工作過程中向業(yè)務(wù)處理器發(fā)送重配置信息，并接收由業(yè)務(wù)處理重構(gòu)完成后返回的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)；星上主控單元與重構(gòu)控制處理器相連，將從地面接收到的包含重配置信息的信息幀發(fā)送到重構(gòu)控制處理器；將重構(gòu)控制處理器從業(yè)務(wù)處理單元接收到的狀態(tài)信息發(fā)送到地面。本實(shí)用新型給出了具有業(yè)務(wù)處理通道和重構(gòu)控制通道的可重構(gòu)星載設(shè)備組成方案。
文檔編號(hào)B64G1/22GK202551032SQ20112051307
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者王健, 王戰(zhàn)強(qiáng), 翟盛華, 賴曉玲, 龔科 申請(qǐng)人:西安空間無線電技術(shù)研究所