[发明专利]基于双异构处理器的立方星星载计算机容错系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于双异构处理器的立方星星载计算机容错系统及方法，在单板上采用两个异构处理器，第一处理器为ARM Cortex‑M系列STM32处理器，第二处理器为高可靠性处理器，其中第一处理器作为主星载处理器进行星上事物控制及数据处理，第二处理器用于维护第一处理器的可靠性，通过看门狗模块对第一处理器喂狗信号进行监控，在检测出第一处理器出现故障时进行在线重构操作，以处理器级别的冗余达到了维护星载可靠性的作用，解决了当前功耗高、硬件资源浪费且无星上重构功能的问题。

技术领域

本发明属于立方星容错技术领域，具体涉及一种基于双异构处理器的立方星星载计算机容错系统及方法。

背景技术

近年来，立方星凭借其成本低、研制周期短、集成度高、应用领域广等优势成为了卫星领域发展热点。航天器中宇航级元器件经常受到禁运，并且价格比同性能商用器件(COTS)高得多，因此商用器件(COTS)广泛使用与商业航天领域。然而立方星工作在恶劣的太空辐射环境中，太空中存在的高能粒子会对电子元件集成电路进行轰击，使元器件产生单粒子效应，严重时甚至会导致其失效，该现象在没有抗辐射处理的商用器件(COTS)上更为明显。

针对空间辐射效应，容错冗余技术是提高星载计算机可靠性的主要手段，通过额外的资源进行星载计算机错误纠正及状态维护，常用的冗余技术有信息冗余、软件冗余、硬件冗余、时间冗余等。查阅各种资料，发现目前的常用的容错冗余设计方案大多采用整机或者模块化硬件冗余方式(如硬件三模冗余、多机冷/温/热备份等等)，这样将导致立方星的体积与功耗急剧增大，消耗了更多的硬件资源，对卫星平台的设计提出更高要求，并且目前的星载系统缺少在线重构升级功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于双异构处理器的立方星星载计算机容错系统及方法以解决当前功耗高、硬件资源浪费且无星上重构功能的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于双异构处理器的立方星星载计算机容错系统，

包括第一处理器、第二处理器、时钟模块、电源模块、存储模块，

所述第一处理器作为主星载处理器进行星上事物控制及数据处理，并通过普通GPIO引脚向第二处理器的看门狗模块传输喂狗信号WDI；第二处理器用于维护第一处理器的可靠性，通过看门狗模块对第一处理器喂狗信号进行监控，在检测出第一处理器出现故障时通过在线更新模块改变第一处理器BOOT引脚电平并通过复位引脚NRST拉低的方式对第一处理器进行复位，并通过USART串行接口进行第一处理器星载程序在线重构流程数据的传输，外部存储模块存储用于在线重构的第一处理器星载程序，第二处理器通过EDAC技术维护星载程序的可靠性，电源模块将输入系统的宽压范围内的电压转压至第一和第二处理器、时钟模块、电源模块、存储模块所需要的电压值，时钟模块用于提供第一和第二处理器的时钟。

进一步地，还包括星载状态监控模块，所述星载状态监控模块包括温度检测模块和电流监测模块，星载状态监控模块进行电源模块输出电压端的电流状态监控和整板的温度状态监控，

进一步地，还包括通信接口模块，该通信接口模块用于星载计算机与立方星其它分系统间的通信。

进一步地，所述第一处理器为ARMCortex-M系列STM32处理器，第二处理器为SmartFusion2系列处理器。

进一步地，所述USART串行接口传输波特率范围应在1200～115200bps。

根据上述的基于双异构处理器的立方星星载计算机容错系统的容错方法，包括以下步骤：

步骤一：第一处理器与第二处理器同时上电，第一处理器进行星上任务运行并周期地向第二处理器发送喂狗信号表示自身处于健康状态；第二处理器日常进行存储模块内星载程序的维护；若第一处理器在周期内未发送喂狗信号，则进行程序重新烧录功能，进入步骤二；