[发明专利]一种三机热备份的时间同步方法

说明书

技术领域

本发明属于航天计算机控制领域，涉及一种三机热备份的时间同步方法。

背景技术

我国探月二期工程要实现月面软着陆。月面软着陆过程具有时间短、不可逆的特点，要求控制系统计算机具有较好的容错性以及故障快速隔离处理的能力。基于以上认识，我国探月二期GNC系统（导航、制导和控制系统）中主控计算机采用三机热备份的体系结构：主控计算机中包含三块相同的CPU板和一块时钟仲裁板：CPU板实现三机热备份，时钟仲裁板同步CPU板的任务调度、进行当班机仲裁。具体过程为时钟仲裁板周期性给出同步中断信号，CPU板根据所收到同步中断信号启动任务调度，三块CPU板运行同样的程序，完成敏感器信号采集、控制量的计算、三机数据交换比对等工作；时钟仲裁板收集三机各自的比对结果，并根据一定的逻辑择优选择某一CPU板为当班机，由当班机代表主控计算机进行控制量输出。在设计阶段认为，由于三机任务同时调度，输入信号和运行程序完全一致，正常情况下不应出现三机比对数据不一致的情况。而在实际研制过程中时三机时常出现比对数据不一致的现象，原因是由于三机采用各自CPU板的定时器进行控制任务星时计算，而三块CPU板的硬件不可避免的存在个性差异，造成三机长时间运行时的系统星时差异，进而导致比对数据的差异，从而影响时钟仲裁板选择当班机，导致非预期的切机操作。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种三机热备份系统的时间同步方法，使得我国探月二期GNC系统主控计算机实现了三机GNC星时的同步，消除了因三机星时不一致导致的非预期切机问题，满足了任务的需要。

本发明的技术方案是：一种三机热备份的时间同步方法，步骤如下：

1）确定三机热备份系统中三机各自硬件时钟的分辨率s；其中硬件星时分辨率小于GNC星时分辨率1个数量级以上；所述的GNC星时为设定的用于控制计算的星时；

2）三级热备份系统中的时钟仲裁板以T_d为周期向三机周期性发送同步信号；三机每收到一次同步信号后，三机各自的同步信号计数器的计数值加1，同时对三机各自的硬件时钟清零；

3）当三机收到数管分系统发送的校时指令时，三机硬件产生校时中断，并记录数管分系统发送的星时T₁、当前时刻的同步信号计数器的计数值n_j以及当前时刻的三机各自的硬件时钟值tx_j；

4）根据步骤2）和步骤3）记录的结果，可分别获得任意时刻三机各自的GNC星时:T_c=round(T₁+(n_c-n_j)T_d+(tx_c-tx_j)s)，其中n_c、tx_c分别为当前时刻的同步信号计数器的计数值和三机各自的硬件时钟值，round（）为对括号内的量以GNC星时分辨率为最小当量进行四舍五入取整。

本发明与现有技术相比的优点在于：

在原实现方案中,系统运行5分钟会造成三机GNC星时约3～4毫秒的误差，长时间运行会导致三机程序运行分支的差异，进而导致计算机切机。本发明利用三机共有的同步信号以及三机各自的硬件时钟信息进行任务星时计算；并且设计策略控制三机硬件差异造成的三机任务星时发散问题，最后设计算法保证任务星时与数管星时的同步。我国探月二期GNC主控计算机采用本发明后，在不做任何硬件更改的情况下，即使是长时间在轨运行（15天以上），三机GNC星时误差也在100微秒以下，远小于控制任务要求的1毫秒的星时分辨率，因此从控制任务的角度上三机星时完全一致，从根本上消除了因三机星时不一致导致的计算机切机问题。

附图说明

图1为GNC星时计算示意图；

图2为GNC星时计算流程框图。

具体实施方式

系统硬件配置上，采用三块相同的CPU板（简称三机）和一块时钟仲裁板组成的三机热备份系统，仲裁板定期（如周期128毫秒）向CPU板提供同步信号，同时CPU板采用自己的时钟信号，例如CPU采用TSC695F芯片（具体参见：TSC695F32位SPARC航天专用处理器用户手册）时采用General Purpose Timer（GPT通用定时器）进行相关操作，CPU板自己的时钟可提供微秒量级的时间信号。