[发明专利]分布式综合可重构电子系统平台架构

说明书

本发明公开的一种分布式综合可重构电子系统平台架构，具有高安全、可重构、可成长特性。本发明通过下述技术方案实现：各最小颗粒单元结合交叉分组开关器件，通过多个点到点的通信链路被组织在一起，实现所有芯片或模块间的任意互连和并发传输；核心节点单元和各最小颗粒单元间基于TTE以太网协议进行有线/无线网络通信，构成最小颗粒单元和核心节点单元，通过各自网络交换模块上的有线/无线通信单元实现信息交互和资源共享，构成开放式的交叉开关网络SwitchFabric综合电子集成系统；核心节点单元作为综合电子系统平台的管控中心，根据上位机任务指令，动态加载业务重构，基于开放式功能应用服务接口，进行网络通信和数据分发。

技术领域

本发明涉及一种主要用于航天、航空、通信领域，且可适应于资源重构的分布式综合可重构电子系统平台架构。

背景技术

综合电子系统先起源于航空工业。综合化电子系统指把单个或多个平台上的不同种类、不同型号、不同频段与不同用途的电子设备有机组合成一个完整的、通用的多功能电子系统。其特点是逻辑上整个系统分为多个节点，每个节点可以访问本地的内存资源，也可以访问远程内存资源。虽然综合化电子系统突出的综合设计、信息资源的综合利用和电子资源的综合管理与控制，实现多种电子功能综合化，可以为己方地面运动和静止的设备提供电子信息。通过模块化、开放的架构设计和行业标准接口使其系统连接最佳化。但访问本地内存资源远远快于远程内存资源。分布式综合电子系统架构通过与诸如信号/数据记录仪，测向仪和无线电，提供了一套用于实时收集更多数据的功能情境意识和事后分析设备，在多模块集成过程中实现在物理上的紧耦合(硬件组成高度集成)，同时又能保持在逻辑上的松耦合(软件架构高度灵活)，在模块级进行综合集成。当前，系统设备受装机要素或功能分割限制，单独的一个机箱不能完成系统所有功能项集成时，单纯的运用基于模块的系统集成方法会有一定的局限性。

随着航空综合化电子系统技术的不断成熟，各航天公司将此技术引入到卫星平台的设计与开发中，形成了卫星综合电子系统。卫星综合电子系统是一个对信息的采集、处理、分综合化电子系统配和存储的系统，是一个在苛刻空间限制条件下，对密集性很高且复杂的航天电子系统进综合化电子系统行信息和功能综合的系统。微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用。目前微小卫星综合电子系统尚未出现统一的平台，系统多种多样，集成度和标准化方面不足，给软件开发带来挑战，不利于综合电子系统的应用和推广。随着飞行应用能力、品质和效能需求不断提升，航空电子系统功能的扩展、信息组织和环境构成日趋复杂。航空电子系统面对复杂的飞行应用组织、系统功能组织和设备资源组织，是一个典型的集应用、处理和能力一体的复杂系统。对于这种复杂系统，现代航空电子系统必须采用以应用为目标，以功能为能力，以设备为基础，以过程为对象，以运行为实践的体系、架构、能力和管理综合化的系统。传统航空电子系统操作的需求、条件、处理和结果直接耦合的方法无法实现复杂系统的目标、环境、能力、效率、效果和有效性综合优化的需求。由于航空电子系统具有复杂环境、多重任务、多种目标的背景，存在着众多的元素、复杂的关系、不同的权重的组织，采用多项不同专业、不同技术、不同方法的处理，具有不同类型、不同能力和不同性能的资源组织。单一的系统组织、处理与管理方式无法满足和实现系统组织效能、效率和有效性能力。目前航空电子系统综合化技术研究主要停留在传统航空电子系统组织与构成基础上。主要特征是面向独立的航空电子系统的组织模式，如各个独立的航电分系统的组织架构；面向独立的航空电子系统功能模式，如各个航电分系统提供的独立功能能力；面向独立的航空电子系统资源构成，如各个独立的航电分系统资源平台或IMA通用处理平台；实现航空电子系统独立的应用、能力和设备的综合。这种独立系统应用组织、功能处理和资源操作综合仅考虑局部的条件和因素，系统综合能力受到了很大的限制，直接影响了系统综合化的收益，也限制了系统综合化问题和收益分析与评估。当前我国卫星地面站装备体制多样,呈现自成体系、条块分割的局面.各系统之间开放性差,互联互通互操作能力不足,管理系统存在体系和技术体制屏障。随着集成电路规模的增长，功耗密度越来越大，处理器的速度和存储器的速度差距越来越大，存储器的延迟限制了综合化系统计算机的性能的发展。由于单处理器受到控制计算单元的限制，并且amdahl定律指出指令级并行取决于程序的可并行程度，由若干通过高速专用网络连接起来的独立节点构成的综合电子系统也无法有效提高计算机的速度。