專利名稱：用于深空探測器的雙cpu單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航天控制設(shè)備，特別涉及一種用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)飛行器平臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及研制中，一般均采用全雙機(jī)對稱冗余的體系結(jié)構(gòu)。即一臺(tái)主機(jī)A加一臺(tái)設(shè)計(jì)完全相同的備機(jī)B，主備機(jī)各包括完整的電源模塊、CPU模塊和功能模塊，雙機(jī)具有獨(dú)立的內(nèi)總線，各自獨(dú)立工作，只在對外接口處隔離并聯(lián)。在冷備份狀態(tài)下，熱機(jī)的工作狀態(tài)是由自身看門狗硬件進(jìn)行監(jiān)測的，沒有獨(dú)立的監(jiān)測模塊，切換指令也是由熱機(jī)自身發(fā)出的。由于現(xiàn)有技術(shù)的飛行器平臺(tái)計(jì)算機(jī)采用全雙機(jī)對稱冗余的體系結(jié)構(gòu)，因而體積過于龐大，對于深空探測器來說，一方面不能實(shí)現(xiàn)小型化和輕型化，另一方面，非獨(dú)立的監(jiān)測模塊也可能影響整機(jī)的可靠性。目前航天控制領(lǐng)域沒有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明類似相關(guān)技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決深空探測器小型化、輕型化、低功耗、自主運(yùn)行和高可靠的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。利用本發(fā)明，可達(dá)到系統(tǒng)小型化的目的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自主運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該裝置包括:電源模塊，它包括A機(jī)的電源模塊和B機(jī)電源模塊組成雙冗余；分別為A、B機(jī)的CPU模塊提供+5V供電；值班的電源模塊為功能模塊提供+5V、+12V、-12V供電；B機(jī)電源模塊為自主監(jiān)控模塊提供+12V供電；CPU模塊，由CPUA板和CPUB板組成雙冗余，它包括CPU及其外圍電路，負(fù)責(zé)運(yùn)行系統(tǒng)軟件，輸出控制和地址、數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)施對所有功能模塊的控制，接收來自功能模塊的數(shù)據(jù)；A機(jī)的CPU模塊還持續(xù)發(fā)送表征自身健康的正常脈沖信號(hào)；內(nèi)總線，它由具有冷機(jī)高阻特性的芯片將冷熱機(jī)CPU模塊的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號(hào)進(jìn)行隔離后，合并成一套總線，連接所有功能模塊；功能模塊，包括功能板I和功能板2，它具有各種接口類型，負(fù)責(zé)完成計(jì)算機(jī)的各種對外接口功能，在系統(tǒng)內(nèi)則掛在雙機(jī)公共內(nèi)總線上，接受值班CPU模塊的控制，其供電是由值班電源模塊提供的，通過切換繼電器可以在雙機(jī)電源之間進(jìn)行切換；自主監(jiān)控模塊，是獨(dú)立于A機(jī)的電路模塊，包括對A機(jī)健康信號(hào)的監(jiān)測電路和切機(jī)控制電路；負(fù)責(zé)接收并判別A機(jī)CPU模塊輸出的正常信號(hào)，在A機(jī)正常信號(hào)消失的情況下向切換電路模塊發(fā)送自主切機(jī)指令；
切換模塊，它包括對雙機(jī)電源模塊進(jìn)行開關(guān)控制的繼電器Jl和對功能模塊進(jìn)行供電切換的繼電器組J2 ;兩組繼電器均可接受直接遙控指令的控制，另外，繼電器Jl可受到監(jiān)控模塊的自主指令控制，進(jìn)行開B關(guān)A的動(dòng)作，繼電器組J2可受到B機(jī)CPU模塊自主指令的控制，將功能板供電切換至B機(jī)電源。上述CPU模塊為雙冗余冷備份，A、B機(jī)設(shè)計(jì)相同，它們各自接收相應(yīng)的電源模塊提供的+5V供電，通過內(nèi)總線實(shí)施對功能模塊的控制，并且A機(jī)CPU模塊向監(jiān)控模塊發(fā)送表征健康的正常信號(hào)，B機(jī)CPU模塊在A機(jī)故障情況下則向切換模塊發(fā)送自主切機(jī)指令；所述的內(nèi)總線對CPUA、B模塊發(fā)出的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號(hào)進(jìn)行隔離，并合并成一套總線，連接所有功能模塊；所述的功能模塊完成計(jì)算機(jī)的各種接口功能，掛在雙機(jī)公共內(nèi)總線上，接受值班CPU模塊的控制，其供電通過切換模塊對A、B機(jī)電源模塊切換獲得；所述的自主監(jiān)控模塊的供電由B機(jī)電源模塊中的一個(gè)常開DC/DC提供，它接收并判別A機(jī)CPU模塊輸出的正常信號(hào)，在判定A機(jī)故障情況下向切換電路發(fā)送自主切機(jī)指令；所述的切換模塊接收直接遙控指令或者自主監(jiān)控模塊發(fā)送的自主切機(jī)指令，對A、B機(jī)電源模塊實(shí)施開關(guān)控制，即A、B機(jī)互斥；接收直接遙控指令或者B機(jī)CPU模塊發(fā)送的自主切換功能板電源指令，對功能模塊的供電實(shí)施切換。本發(fā)明一種用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由于采取上述的技術(shù)方案，采用雙CPU單總線的不完全冗余的體系結(jié)構(gòu)，一方面對核心模塊進(jìn)行了冗余備份，另一方面則可有效減少系統(tǒng)的體積和重量，降低功耗，獨(dú)立的自主監(jiān)控模塊可進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，能有效應(yīng)對空間故障。因此本發(fā)明解決了深空探測器小型化、輕型化、低功耗、自主運(yùn)行和高可靠的問題，達(dá)到了如下有益效果:1.提供了可靠、通用的深空探測飛行器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)冗余模式；2.可以有效降低系統(tǒng)體積、重量、功耗；3.可以實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行與故障重構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖1是本發(fā)明用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是本發(fā)明用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理框圖。如圖1的實(shí)施例所示，本系統(tǒng)對外接口連接探測器內(nèi)其它各個(gè)分系統(tǒng)QT，其中包括:由遙控終端機(jī)YKZD發(fā)出所有遙控指令開A關(guān)B指令KAGB、開B關(guān)A指令KBGA、功能板電源切向A機(jī)指令QXAJ、功能板電源切向B機(jī)指令QXBJ四條指令，本系統(tǒng)供電由電源系統(tǒng)DYXT提供。當(dāng)YKZD發(fā)出KAGB指令，本系統(tǒng)電源A開B關(guān)，CPUA工作。當(dāng)YKZD發(fā)出KBGA指令，本系統(tǒng)電源B開A關(guān)，CPUB工作。當(dāng)YKZD發(fā)出QXAJ指令，本系統(tǒng)所有功能模塊供電切向電源A。當(dāng)YKZD發(fā)出QXBJ指令，本系統(tǒng)所有功能模塊供電切向電源B。圖2是本發(fā)明用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2的實(shí)施例所示，該系統(tǒng)包括:電源模塊101，由二次電源A和二次電源B組成雙冗余；它包括A機(jī)的DC/DC模塊和B機(jī)的DC/DC模塊，分別為A、B機(jī)的CPU模塊102提供+5V供電；值班的電源模塊為功能模塊104提供+5V、+12V、-12V供電；B機(jī)電源模塊為自主監(jiān)控模塊提供+12V供電。CPU模塊102，由CPUA板和CPUB板組成雙冗余，它包括CPU及其外圍存儲(chǔ)器等電路，負(fù)責(zé)運(yùn)行系統(tǒng)軟件，輸出控制和地址、數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)施對所有功能模塊的控制，接收來自功能模塊的數(shù)據(jù)。A機(jī)的CPU模塊還應(yīng)持續(xù)發(fā)送表征自身健康的正常脈沖信號(hào)。內(nèi)總線103，它是由具有冷機(jī)高阻特性的芯片將冷熱機(jī)CPU模塊的控制、地址、數(shù)據(jù)等總線信號(hào)進(jìn)行隔離后，合并成一套總線，連接所有功能模塊。功能模塊104，包括功能板I和功能板2，它具有各種接口類型，負(fù)責(zé)完成計(jì)算機(jī)的各種對外接口功能，在系統(tǒng)內(nèi)則掛在雙機(jī)公共內(nèi)總線上，接受值班CPU模塊的控制，其供電是由值班電源模塊提供的，通過切換繼電器可以在雙機(jī)電源之間進(jìn)行切換。自主監(jiān)控模塊105，是獨(dú)立于A機(jī)的電路模塊，包括對A機(jī)健康信號(hào)的監(jiān)測電路和切機(jī)控制電路。負(fù)責(zé)接收并判別A機(jī)CPU模塊輸出的正常信號(hào)，在A機(jī)正常信號(hào)消失的情況下向切換電路發(fā)送自主切機(jī)指令。切換模塊106，它包括對雙機(jī)電源模塊進(jìn)行開關(guān)控制的繼電器Jl和對功能模塊進(jìn)行供電切換的繼電器組J2。兩組繼電器均可接受直接遙控指令的控制，另外，繼電器Jl可受到自主監(jiān)控模塊105的自主指令控制，進(jìn)行開B關(guān)A的動(dòng)作，繼電器組J2可受到B機(jī)CPU模塊自主指令的控制，將功能板供電切換至B機(jī)電源。上述CPU模塊102為雙冗余冷備份，A、B機(jī)設(shè)計(jì)相同，它們各自接收相應(yīng)的電源模塊101提供的+5V供電，通過內(nèi)總線103實(shí)施對功能模塊104的控制，并且A機(jī)CPU模塊向監(jiān)控模塊105發(fā)送表征健康的正常信號(hào),B機(jī)CPU模塊在A機(jī)故障情況下則向切換模塊106發(fā)送自主切機(jī)指令；內(nèi)總線103，它對CPUA、B模塊發(fā)出的控制、地址、數(shù)據(jù)等總線信號(hào)進(jìn)行隔離，并合并成一套總線，連接所有功能模塊104 ;功能模塊104，完成計(jì)算機(jī)的各種接口功能，掛在雙機(jī)公共內(nèi)總線103上，接受值班CPU模塊102的控制，其供電通過切換模塊106對A、B機(jī)電源模塊101切換獲得；自主監(jiān)控模塊105，其供電由B機(jī)電源模塊101的其中一個(gè)常開DC/DC提供，它接收并判別A機(jī)CPU模塊102輸出的正常信號(hào)，在判定A機(jī)故障情況下向切換電路105發(fā)送自主切機(jī)指令；切換模塊106，接收直接遙控指令或者自主監(jiān)控模塊105發(fā)送的自主切機(jī)指令，對A、B機(jī)電源模塊101實(shí)施開關(guān)控制(A、B機(jī)互斥)，接收直接遙控指令或者B機(jī)CPU模塊102發(fā)送的自主切換功能板電源指令，對功能模塊104的供電實(shí)施切換。上述電源模塊101包括輸出+5V的DC/DC和輸出土 12V的DC/DC，其A機(jī)模塊的兩個(gè)DC/DC統(tǒng)一受到切換開關(guān)106的控制，同時(shí)開或關(guān)，而B機(jī)模塊只有+5V的DC/DC受切換開關(guān)106的控制，其±12的DC/DC處于常開狀態(tài)，為監(jiān)控模塊105供電。上述內(nèi)總線103由A機(jī)CPU和B機(jī)CPU的總線經(jīng)過隔離后并聯(lián)而成，雙CPU分別處于熱機(jī)和冷機(jī)狀態(tài)，通過具有冷機(jī)高阻態(tài)的隔離芯片隔離后，冷機(jī)和熱機(jī)的總線并聯(lián)，可有效隔離冷機(jī)對熱機(jī)的影響，使內(nèi)總線有效工作。上述監(jiān)控模塊105負(fù)責(zé)對A機(jī)CPU模塊102的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測，對其A機(jī)發(fā)出的正常信號(hào)交變脈沖進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)正常信號(hào)消失超過預(yù)定的時(shí)間(3秒)，則發(fā)出自主切機(jī)指令給切換模塊106的切機(jī)繼電器J1，控制其動(dòng)作，關(guān)閉A機(jī)電源模塊101，同時(shí)打開B機(jī)電源模塊101。上述切換模塊106包括對雙機(jī)電源模塊101進(jìn)行開關(guān)控制的繼電器Jl和對功能模塊104進(jìn)行供電切換的繼電器組J2。兩組繼電器均可接受直接遙控指令的控制，另外，繼電器Jl可受到監(jiān)控模塊105的控制進(jìn)行開B關(guān)A的動(dòng)作，繼電器組J2可受到B機(jī)CPU模塊102的控制，當(dāng)發(fā)生切機(jī)，B機(jī)CPU上電工作后，自主發(fā)出功能板供電切向B電源指令，則J2動(dòng)作，將功能板供電掛至B機(jī)電源。下面結(jié)合附圖2對本發(fā)明的動(dòng)作過程進(jìn)行描述。系統(tǒng)上電初態(tài):電源A和CPUA工作，各功能模塊電源掛在A機(jī)電源上；電源B的+5V DC/DC處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，電源B的土 12V DC/DC處于常開狀態(tài)，CPUB處于冷機(jī)狀態(tài)；CPUA占有內(nèi)總線。系統(tǒng)運(yùn)行過程:正常情況下，各模塊組合狀態(tài)如上電初態(tài)所述；CPUA持續(xù)向監(jiān)控模塊發(fā)送交變的脈沖信號(hào)，表征自身健康狀況。A機(jī)故障處理:當(dāng)A機(jī)正常信號(hào)消失，則監(jiān)控模塊發(fā)送切機(jī)指令，電源B的+5V DC/DC開機(jī)，CPUB上電；電源A關(guān)閉，CPUA停止工作進(jìn)入冷機(jī)狀態(tài)；CPUB發(fā)送功能板電源切換指令，繼電器動(dòng)作將功能板供電掛至B機(jī)電源；CPUB占有內(nèi)總線，系統(tǒng)重構(gòu)完成。遙控指令切機(jī):發(fā)送直接遙控指令切機(jī)，應(yīng)分為兩步，如A機(jī)切向B機(jī)，首先發(fā)送開B關(guān)A指令，然后發(fā)送功能板電源切向B機(jī)指令，反之亦然。如上所述，本發(fā)明采用具有自主故障診斷與切換功能的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，解決了深空探測飛行器計(jì)算機(jī)小型化、輕型化、低功耗、高可靠的問題。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 電源模塊，它包括A機(jī)電源模塊和B機(jī)電源模塊組成雙冗余；分別為A、B機(jī)的CPU模塊提供+5V供電；值班的電源模塊為功能模塊提供+5V、+12V、-12V供電；B機(jī)電源模塊為自主監(jiān)控模塊提供+12V供電； CPU模塊，由CPUA板和CPUB板組成雙冗余，它包括CPU及其外圍電路，負(fù)責(zé)運(yùn)行系統(tǒng)軟件，輸出控制和地址、數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)施對所有功能模塊的控制，接收來自功能模塊的數(shù)據(jù)；A機(jī)的CPU模塊還持續(xù)發(fā)送表征自身健康的正常脈沖信號(hào)； 內(nèi)總線，它由具有冷機(jī)高阻特性的芯片將冷熱機(jī)CPU模塊的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號(hào)進(jìn)行隔離后，合并成一套總線，連接所有功能模塊； 功能模塊，包括功能板I和功能板2，它具有各種接口類型，負(fù)責(zé)完成計(jì)算機(jī)的各種對外接口功能，在系統(tǒng)內(nèi)則掛在雙機(jī)公共內(nèi)總線上，接受值班CPU模塊的控制，其供電是由值班電源模塊提供的，通過切換繼電器可以在雙機(jī)電源之間進(jìn)行切換； 自主監(jiān)控模塊，是獨(dú)立于A機(jī)的電路模塊，包括對A機(jī)健康信號(hào)的監(jiān)測電路和切機(jī)控制電路；負(fù)責(zé)接收并判別A機(jī)CPU模塊輸出的正常信號(hào)，在A機(jī)正常信號(hào)消失的情況下向切換電路模塊發(fā)送自主切機(jī)指令； 切換模塊，它包括對雙機(jī)電源模塊進(jìn)行開關(guān)控制的繼電器Jl和對功能模塊進(jìn)行供電切換的繼電器組J2 ;兩組繼電器均可接受直接遙控指令的控制，另外，繼電器Jl可受到自主監(jiān)控模塊的自主指令控制，進(jìn)行開B關(guān)A的動(dòng)作，繼電器組J2可受到B機(jī)CPU模塊自主指令的控制，將功能板供電切換至 B機(jī)電源。
2.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述的CPU模塊為雙冗余冷備份，A、B機(jī)設(shè)計(jì)相同，它們各自接收相應(yīng)的電源模塊提供的+5V供電，通過內(nèi)總線實(shí)施對功能模塊的控制，并且A機(jī)CPU模塊向監(jiān)控模塊發(fā)送表征健康的正常信號(hào)，B機(jī)CPU模塊在A機(jī)故障情況下則向切換模塊發(fā)送自主切機(jī)指令；所述的內(nèi)總線對CPUA、CPUB模塊發(fā)出的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號(hào)進(jìn)行隔離，并合并成一套總線，連接所有功能模塊；所述的功能模塊完成計(jì)算機(jī)的各種接口功能，掛在雙機(jī)公共內(nèi)總線上，接受值班CPU模塊的控制，其供電通過切換模塊對A、B機(jī)電源模塊切換獲得；所述的自主監(jiān)控模塊的供電由B機(jī)電源模塊中的一個(gè)常開DC/DC提供，它接收并判別A機(jī)CPU模塊輸出的正常信號(hào)，在判定A機(jī)故障情況下向切換電路發(fā)送自主切機(jī)指令；所述的切換模塊接收直接遙控指令或者自主監(jiān)控模塊發(fā)送的自主切機(jī)指令，對A、B機(jī)電源模塊實(shí)施A、B機(jī)互斥的開關(guān)控制；接收直接遙控指令或者B機(jī)CPU模塊發(fā)送的自主切換功能板電源指令，對功能模塊的供電實(shí)施切換。
3.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源模塊包括輸出+5V的DC/DC和輸出土 12V的DC/DC，其A機(jī)模塊的兩個(gè)DC/DC統(tǒng)一受到切換開關(guān)的控制，同時(shí)開或關(guān)，而B機(jī)模塊只有+5V的DC/DC受切換開關(guān)的控制，其土 12V的DC/DC處于常開狀態(tài)，為監(jiān)控模塊供電。
4.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述的內(nèi)總線由A機(jī)CPU和B機(jī)CPU的總線經(jīng)過隔離后并聯(lián)而成，雙CPU分別處于熱機(jī)和冷機(jī)狀態(tài)，通過具有冷機(jī)高阻態(tài)的隔離芯片隔離后，冷機(jī)和熱機(jī)的總線并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述的自主監(jiān)控模塊對A機(jī)發(fā)出的正常信號(hào)交變脈沖進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)正常信號(hào)消失超過預(yù)定的時(shí)間，則發(fā)出自主切機(jī)指令給切換模塊的切機(jī)繼電器J1，控制其動(dòng)作，關(guān)閉A機(jī)電源模塊，同時(shí)打開B機(jī)電源模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)發(fā)生切機(jī)，B機(jī)CPU上電工作后， 所述的切換模塊自主發(fā)出功能板供電切向B電源的指令，則繼電器J2動(dòng)作，將功能板供電掛至B機(jī)電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及航天控制設(shè)備，公開了一種用于深空探測器的雙CPU單總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。包括電源模塊[101]、CPU模塊[102]由CPUA板和CPUB板組成雙冗余、內(nèi)總線[103]、功能模塊[104]、自主監(jiān)控模塊[105]具有對A機(jī)健康信號(hào)的監(jiān)測電路和切機(jī)控制電路、切換模塊[106]受到自主監(jiān)控模塊的自主指令控制，進(jìn)行開B關(guān)A的動(dòng)作。本發(fā)明采用不完全冗余及單總線體系結(jié)構(gòu)，具備自主故障診斷與系統(tǒng)重構(gòu)功能，能可靠完成綜合電子計(jì)算機(jī)的所有功能，解決了深空探測器平臺(tái)計(jì)算機(jī)小型化、輕型化、低功耗、高可靠的問題。
文檔編號(hào)G05B15/02GK103116285SQ20111036604
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者蓋建寧, 樊有誠, 吳杰, 侯建文, 衡崗, 徐博明, 薛震寰 申請人:上海航天測控通信研究所