[发明专利]一种应用于微纳卫星的集成化星载计算机系统

说明书

本发明属于微纳卫星计算机集成化优化设计技术领域，提供一种应用于微纳卫星的集成化星载计算机系统，一种应用于微纳卫星的集成化星载计算机系统，其包括MPSOC单元及监视和配置管理单元FPGA，其中MPSOC单元集成了PS处理模块、可编程逻辑PL模块和若干接口模块。本发明在提高星载计算机系统集成度和处理能力的同时，采用多级容错设计，保证高集成一体化星载计算机在空间环境中可靠工作，内部集成的GPU和视频编解码单元用于载荷数据的加速处理。本发明打破了星上多个分系统界限，实现星上处理资源跨分系统融合，低成本、高集成、高性能星载计算处理平台为星务管理、姿控计算、任务规划、健康管理、载荷数据处理等提供算力资源。

技术领域

本发明属于微纳卫星计算机集成化优化设计技术领域，具体涉及一种应用于微纳卫星的集成化星载计算机系统。

背景技术

微纳卫星一般指重量在100Kg以下的小卫星，具有研制成本低、开发周期短、可灵活搭载发射等特点，在通信、导航、遥感和新技术科学试验领域应用越来越广泛。随着微纳卫星技术的发展，微纳卫星所承载的功能越来越复杂，卫星编队和星座组网应用越来越多，对微纳卫星功能密度、任务自主管理、健康管理、功能重构、快速应用等能力提出了更高的要求。

微纳卫星的设计仍存在诸多不足，首先，在传统小卫星设计领域，虽然采用综合电子打破了各分系统产品的界限，但是仍存在处理能力弱、融合程度不高，接口种类不统一等问题；其次，卫星快速应用对载荷数据处理时效性要求越来越高，载荷数据的在轨处理需求越来越迫切，对星载数据处理能力提出了更高要求。最后，可以在系统设计中增加冗余备份以提高系统的可靠性，但由于卫星中的计算机处理资源分散，都增加对应的备份系统，会增加卫星计算机系统的设计复杂程度，从而增加整星的体积质量，造成星载计算机系统研制成本的增加。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，针对低成本微纳卫星应用，设计高度集成、平台管控和载荷数据处理一体化的计算机系统。在大规模FPGA内部嵌入多核高性能处理器硬核、视频编解码单元等硬件资源，设计高集成一体化星载计算机系统，其具体的方案如下：

一种应用于微纳卫星的集成化星载计算机系统，其包括MPSOC单元及监视和配置管理单元FPGA，其中：

所述MPSOC单元集成了PS处理模块、可编程逻辑PL模块和若干接口模块；

所述PS处理模块内部集成了4核高性能处理器Arm Cortex-A53、双核Arm Cortex-R5、图像处理单元GPU,PL部分集成有编解码单元和数字信号处理单元，用于图像及视频流处理的硬件加速；

所述监视和配置管理单元FPGA为MPSOC的外部看门狗，监视MPSOC程序的正常运行；配置MPSOC的启动方式；接收外部命令，对MPSOC进行配置管理；与MPSOC进行通信与数据交互，获取MPSOC重要参数并进行状态监视。

进一步，所述接口模块集成了扩展CAN总线、RS422、LVDS、USB、Ethernet、SATA、PCIE、RapidIO接口，设计4路CAN总线：平台CAN A/B作为系统总线，用来传输遥测遥控信息和时间广播，姿控CAN实现姿控敏感器姿态测量数据、工程遥测的收集和姿控执行机构控制信息的发送等；SATA和PCIE用于连接存储设备，RS422、LVDS、USB、Ethernet、RapidIO接口用来接入典型载荷。

进一步，所述Arm Cortex-A53核运行嵌入式Linux操作系统，用于处理图像处理、目标识别、任务规划、健康管理等复杂应用程序；Arm Cortex-R5用于运行星务管理、姿控计算、轨道计算、设备管理等对可靠性、实时性要求高的应用程序，双核运行FreeOS操作系统。