一種實現(xiàn)傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷即插即用的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種即插即用設(shè)備實現(xiàn)方法，具體地，涉及一種通用星載設(shè)備、載荷如星敏感器、陀螺、飛輪等的即插即用PnP(Plug and Play)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著軍事戰(zhàn)略的不斷調(diào)整和航天技術(shù)的不斷進步，衛(wèi)星模塊化、可更換的需求日益強烈，尤其面對緊急的空間任務(wù)需求，按目前的衛(wèi)星研制流程，通常需要幾個月甚至幾年的時間，這顯然不能滿足需求，必須開發(fā)小型且可快速應(yīng)用的航天器，以便為突發(fā)災(zāi)害和應(yīng)急事件提供快速響應(yīng)的空間能力。因此，衛(wèi)星的模塊化設(shè)計以及快速組裝已經(jīng)成為未來天基平臺發(fā)展的一個主要方向。衛(wèi)星的“即插即用”理念便是基于此提出的。即插即用是指當系統(tǒng)插入一個新設(shè)備時，可以在運行過程中動態(tài)地進行檢測和配置，而無需手動設(shè)置于更改軟件。即插即用的衛(wèi)星功能部件相對傳統(tǒng)的固定硬件模式，具有更好的靈活性和可擴展性，通過在具備即插即用功能的綜合電子平臺上簡單地“插入”這些功能部件，就可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)衛(wèi)星電子系統(tǒng)的總裝集成。隨著空間任務(wù)日益復(fù)雜化，如何進行綜合電子快速研制以滿足空間任務(wù)的快速響應(yīng)成為小衛(wèi)星領(lǐng)域的研究重點。針對這一情況，本發(fā)明提供了一種將即插即用技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)的具體應(yīng)用方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，通過設(shè)計一種星載設(shè)備、載荷智能接口 IISD(Intelligent Interface for Spaceborne Device)，將傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷變成即插即用設(shè)備。即:傳統(tǒng)的星載設(shè)備、載荷+星載設(shè)備、載荷智能接口 =即插即用星載設(shè)備、載荷。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷即插即用的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]步驟一，選擇公共總線作為連接星務(wù)計算機與星載設(shè)備、載荷智能接口的系統(tǒng)總線；
[0006]步驟二，根據(jù)選用的公共總線以及設(shè)備、載荷硬件設(shè)計相應(yīng)的星載設(shè)備、載荷智能接口模塊；
[0007]步驟三，定義星載設(shè)備、載荷數(shù)據(jù)自描述文件xTEDS，提供星載設(shè)備、載荷的設(shè)備信息、輸入輸出接口、輸入輸出接口等參數(shù)；
[0008]步驟四，將包含不同星載設(shè)備、載荷的xTEDS文件下載至相應(yīng)的星載設(shè)備、載荷智能接口中，將星載設(shè)備、載荷連同相應(yīng)的星載設(shè)備、載荷智能接口組成的即插即用節(jié)點接入公共總線;接入總線后，星載設(shè)備、載荷智能接口完成自檢與初始化，同時初始化星載設(shè)備、載荷，完成星載設(shè)備、載荷的接口配置;星務(wù)計算機周期性地對各個載荷設(shè)備進行輪詢，當檢測到有新設(shè)備、載荷法發(fā)送的申請注冊廣播幀，則通過公共總線發(fā)送廣播信號握手幀；
[0009]步驟五，新上線設(shè)備的星載設(shè)備、載荷智能接口獲得星務(wù)計算機正確的注冊回應(yīng)后，再將包含其設(shè)備信息的xTEDS文件發(fā)送給星務(wù)計算機，完成星載設(shè)備、載荷的注冊；
[0010]步驟六，星務(wù)計算機根據(jù)讀取到的星載設(shè)備、載荷配置信息更新內(nèi)部的xTEDS信息表，獲得星載設(shè)備、載荷的操作接口，并完成對新設(shè)備、載荷的識別與控制；
[0011]步驟七，星務(wù)計算機以一定周期輪詢請求所有在線星載設(shè)備、載荷的狀態(tài)信息，在線設(shè)備、載荷收到請求信息后向星務(wù)計算機發(fā)送應(yīng)答信息，星務(wù)計算機據(jù)此確定在線的星載設(shè)備、載荷并更新內(nèi)部存儲單元的星載設(shè)備、載荷xTEDS文件，對星載設(shè)備、載荷狀態(tài)實施維護和管理。
[0012]進一步地，所述公共總線為CAN。選取公共總線很重要，在方案初期就應(yīng)當確定，星務(wù)計算機中間件軟件的設(shè)計以及星載設(shè)備、載荷智能接口 IISD模塊的設(shè)計都是在其基礎(chǔ)上進行的，它須滿足星上掛載點的數(shù)量、高效可靠、配置靈活等要求。
[0013]進一步地，所述星載設(shè)備、載荷智能接口模塊主要包括控制器，存儲器，公共總線通信接口，星載設(shè)備、載荷通信接口，電源，調(diào)試接口。由于不同星載設(shè)備/載荷使用的接口不同，因而不同的星載設(shè)備、載荷其相應(yīng)的IISD模塊可能會有差異。一般情況下控制器芯片自帶存儲資源能夠滿足程序要求，如有特殊要求，則可外擴存儲器。
[0014]進一步地，所述星載設(shè)備、載荷自描述文件xTEDS以擴展XML語言描述，xTEDS用于描述星載設(shè)備、載荷，包括設(shè)備的類型、屬性、能力，定義星務(wù)計算機與星載設(shè)備、載荷智能接口的通信接口。
[0015]進一步地，通過中間件為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)接口，加快應(yīng)用層軟件的開發(fā)。應(yīng)用層直接調(diào)用中間件中的相應(yīng)設(shè)備接口函數(shù)實現(xiàn)與設(shè)備的數(shù)據(jù)交互，即應(yīng)用層只需知道中間件里有哪些系統(tǒng)設(shè)備的使用接口而不用關(guān)注這些設(shè)備的具體細節(jié)。
[0016]進一步地，中間件主要包括數(shù)據(jù)管理DH(Data Handler)和傳感器管理SH(SensorHandler)，DH集中存儲系統(tǒng)設(shè)備和應(yīng)用程序的xTEDS描述文件，同時處理應(yīng)用程序?qū)TEDS的查詢請求;SH負責設(shè)備發(fā)現(xiàn)，從新設(shè)備中獲取xTEDS文件并將其專發(fā)給DH;星載設(shè)備、載荷可以通過與SH之間的簡單接口與系統(tǒng)其他部件通信，而無需處理復(fù)雜的通信細節(jié)。中間件通過分析xTEDS數(shù)據(jù)，組成一個完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，該模型描述整個系統(tǒng)的設(shè)備組成，每個設(shè)備所實現(xiàn)的功能等，并為上層應(yīng)用提供一個訪問的接口。中間件提供基于服務(wù)的設(shè)備無關(guān)接口，上層應(yīng)用需要調(diào)用服務(wù)時，首先通過指定接口描述信息在中間件中查詢匹配的服務(wù)提供者，然后通過查詢到的服務(wù)提供者完成任務(wù)(如發(fā)送命令、請求特定數(shù)據(jù)等)。
[0017]中間件主要功能如下:
[0018]I)提供高層調(diào)用的函數(shù)庫，完成高層調(diào)用的語法和參數(shù)范圍檢查；
[0019]2)提供注冊和xTEDS數(shù)據(jù)管理(DH)機制，注冊和保持所有有效載荷的xTEDS文檔，并響應(yīng)軟件對xTEDS文檔的查詢請求；
[0020]3)提供傳感器管理(SH)，發(fā)現(xiàn)并讀取有效載荷的xTEDS信息，將這些信息注冊到DH上，并將高層調(diào)用打包至IISD模塊。
[0021]中間件傳感器模塊SH，主要負責星載設(shè)備、載荷的管理，包括以下幾個方面職能。
[0022]在初始化階段，與DH握手:SH首先周期性向DH發(fā)送消息，并等待DH的響應(yīng)，確保DH存活，并進而確保存在一個可用的存儲庫保存設(shè)備的xTEDS文件。
[0023]與IISD握手:響應(yīng)IISD發(fā)起的握手過程，完成新設(shè)備的檢測；完成IISD初始化;讀取IISD設(shè)備xTEDS文件，并轉(zhuǎn)發(fā)給DH。
[0024]IISD通信代理:接收應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)請求，向IISD設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令;讀取IISD產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)應(yīng)用程序;接收應(yīng)用程序的其他控制請求，并轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)IISD0
[0025]IISD狀態(tài)檢測:通過“心跳”協(xié)議，檢測IISD是否故障，并將故障消息轉(zhuǎn)發(fā)給DH;協(xié)助DH完成xTEDS文件狀態(tài)(包括IISD上下線)的維護。
[0026]中間件數(shù)據(jù)模塊DH，主要負責系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理，包括以下幾個方面職能:
[0027]在初始化階段，接收SH就緒握手消息并加以響應(yīng)，向SH等宣告其存在；
[0028]IISD設(shè)備xTEDS文件管理:讀取由SH發(fā)送的xTEDS文件；以中央存儲庫方式維護系統(tǒng)中IISD的xTEDS文件；
[0029]xTEDS查詢請求響應(yīng):提供xTEDS查詢接口，接收應(yīng)用程序的xTEDS查詢請求;根據(jù)接收到的查詢請求，完成xTEDS文件庫的查找;將查詢結(jié)果返回給請求發(fā)起方。查詢結(jié)果包括數(shù)據(jù)提供者的ID標識、位置信息以及設(shè)備通信協(xié)議(包括數(shù)據(jù)格式、控制消息等)；為提高查詢請求的響應(yīng)速度，DH使用一塊內(nèi)存區(qū)域緩存最近幾次查詢結(jié)果。當緩存結(jié)果不能滿足查詢請求時，再從xTEDS文件庫中查找;通過一個預(yù)定義端口向其他部件提供服務(wù)。
[0030]IISD作為連接星務(wù)計算機與星載設(shè)備、載荷的紐帶，是實現(xiàn)星載設(shè)備、載荷即插即用功能的關(guān)鍵部件。IISD軟件的主要功能包括:
[0031 ]進行自檢，包括對傳感器設(shè)備的檢測；
[0032 ]與SH模塊握手并將星載設(shè)備、載荷信息(xTEDS)發(fā)送給SH;
[0033]響應(yīng)SH請求，完成星載設(shè)備、載荷的初始化；
[0034]響應(yīng)SH請求，從星載設(shè)備、載荷讀取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給SH;
[0035]響應(yīng)SH請求，執(zhí)行相應(yīng)的星載設(shè)備、載荷控制命令。
[0036]本發(fā)明通過IISD及相關(guān)軟件的設(shè)計，實現(xiàn)了傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷的即插即用控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0037]一是本發(fā)明通過星載設(shè)備、載荷智能接口 IISD，在不改動傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷的前提下，將傳統(tǒng)的星載設(shè)備、載荷實現(xiàn)了即插即用功能。
[0038]二是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將星載設(shè)備、載荷的接口設(shè)備信息以xTEDS形式存儲于IISD中，注冊時，此xTEDS將發(fā)送給星務(wù)計算機;完成注冊后，IISD將公共總線上收到的來自中間件的命令或請求進行轉(zhuǎn)換后通過設(shè)備接口發(fā)送給相關(guān)星載設(shè)備、載荷，星載設(shè)備、載荷接收到后，執(zhí)行相應(yīng)的動作或發(fā)回相應(yīng)數(shù)據(jù)至IISD，IISD再將收到的反饋進行轉(zhuǎn)換，通過公共總線發(fā)送回星務(wù)計算機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其實現(xiàn)靈活，擴展方便，為傳統(tǒng)星載設(shè)備/載荷的即插即用提供了一個可行的方法。其實現(xiàn)靈活，擴展方便，為傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷的即插即用提供了一個可行的方法。
【附圖說明】
[0039]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種實現(xiàn)傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷即插即用的方法作進一步說明:
[0040]圖1是本方法應(yīng)用過程中的控制方法的控制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖2是為RS232光纖陀螺相應(yīng)的星載設(shè)備、載荷智能接口功能框圖；
[0042]圖3是為CAN接口的傳統(tǒng)星載設(shè)備、載荷相應(yīng)的星載設(shè)備、載荷智能接口功能框圖；<