本發(fā)明涉及一種基于時間片規(guī)劃的集中式總線時序控制方法，屬于嵌入式軟件領(lǐng)域，適用于綜合電子系統(tǒng)星載應(yīng)用軟件的通信架構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

在航天器(衛(wèi)星或飛船)1553B總線網(wǎng)絡(luò)中，中心控制計(jì)算機(jī)作為總線控制器(BC)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，其它單機(jī)作為遠(yuǎn)程終端(RT)響應(yīng)數(shù)據(jù)指令并應(yīng)答。傳統(tǒng)的航天器總線通信設(shè)計(jì)中，主要采用基于事件的總線消息幀發(fā)送方式，這種方法有兩種局限性：1)實(shí)時性不強(qiáng)。BC以事件為觸發(fā)向RT發(fā)起消息幀，數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、收發(fā)具有明顯的非周期性，對于長短不一的消息，因傳送時間帶來的差異會導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時性下降。2)系統(tǒng)行為不可預(yù)測。中心控制計(jì)算讀取輸入，輸出控制指令都是通過1553B總線消息實(shí)現(xiàn)的，如果消息通信不是按照固定時間點(diǎn)的方式創(chuàng)建、收發(fā)的，就會導(dǎo)致程序運(yùn)行過程中從輸入到輸出的執(zhí)行時刻不確定，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)也會因“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”變得不可預(yù)知。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于時間片規(guī)劃的集中式總線時序設(shè)計(jì)方法，在總線管理任務(wù)中實(shí)現(xiàn)了綜合電子系統(tǒng)中BC與RT的實(shí)時通信，基于時間片規(guī)劃統(tǒng)一時序設(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)了總線數(shù)據(jù)發(fā)送與接收以及總線故障處理，總線時序設(shè)計(jì)合理高效，系統(tǒng)行為可預(yù)測、避免突發(fā)發(fā)起通信的情況，另外還可以降低總線負(fù)載，避免總線數(shù)據(jù)幀發(fā)生碰撞。

本發(fā)明技術(shù)解決方案是：一種基于時間片規(guī)劃的集中式總線時序控制方法，步驟如下：

1)向衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)上的ADU發(fā)送快幀消息，包括控制指令消息和閉環(huán)反饋數(shù)據(jù)消息；所述衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)包括中心管理單元CMU、平臺業(yè)務(wù)單元PFISU、載荷業(yè)務(wù)單元PLISU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動單元ADU，各單機(jī)通過1553B總線通信；其中CMU是綜合電子系統(tǒng)的核心，作為總線控制器BC發(fā)起數(shù)據(jù)通信，其它單機(jī)作為遠(yuǎn)程終端RT響應(yīng)數(shù)據(jù)指令并應(yīng)答；

2)延時1.6ms后，從BC消息棧讀取ADU回送的閉環(huán)反饋數(shù)據(jù)；

3)根據(jù)64ms周期計(jì)數(shù)CNT1取值進(jìn)行如下處理：

當(dāng)CNT1＝0時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與ADU的A類消息幀；

當(dāng)CNT1＝1時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PFISU的A類消息幀；

當(dāng)CNT1＝2時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PLISU的A類消息幀；

當(dāng)CNT1＝3時，不做任何處理；

當(dāng)CNT1＝4時，根據(jù)448ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)CNT2進(jìn)行如下處理：

當(dāng)CNT2＝0時，CMU完成一次重要數(shù)據(jù)打包處理；

當(dāng)CNT2＝1時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與ADU的B類消息幀；

當(dāng)CNT2＝2時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PFISU的B類消息幀；

當(dāng)CNT2＝3時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PLISU的B類消息幀；

當(dāng)CNT2＝4～141時，不做任何處理；

當(dāng)CNT1＝5、6時，不做任何處理；

CNT2遞增1；

所述64ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器CNT1，初始置0，每控制周期遞增1，在0～6輪轉(zhuǎn)，周期計(jì)時7×64ms＝448ms；

所述448ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)CNT2器，初始置0，每448ms遞增1，在0～141輪轉(zhuǎn)，周期計(jì)時142×448ms＝63.616s；

所述A類消息幀包括遙控指令消息、遙測數(shù)據(jù)消息和遙測勤務(wù)指令消息；

所述B類消息幀包括重要數(shù)據(jù)消息和重要數(shù)據(jù)勤務(wù)指令消息；

4)下一控制周期進(jìn)入子任務(wù)4——1553B總線管理任務(wù)后，CMU從BC消息棧讀取RT回送的遙測數(shù)據(jù)；

當(dāng)CNT1＝0時，取回ADU的遙測數(shù)據(jù)；

當(dāng)CNT1＝1時，取回PFISU的遙測數(shù)據(jù)；

當(dāng)CNT1＝2時，取回PLISU的遙測數(shù)據(jù)；

CNT1遞增1；

5)每控制周期CMU進(jìn)行總線故障判斷，根據(jù)RT消息狀態(tài)字判斷BC與RT的總線通信狀態(tài)，如果判出總線通信錯誤，則將BC與RT的總線通道由A總線切到B總線。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)實(shí)時性更強(qiáng)，將總線操作嚴(yán)格控制在一個控制周期內(nèi)，避免突發(fā)事件導(dǎo)致的臨時性消息幀收發(fā)；

2)系統(tǒng)行為可預(yù)測，總線通信數(shù)據(jù)的組建、發(fā)送與接收均是在固定時間點(diǎn)觸發(fā)，從輸入、處理到輸出的程序運(yùn)行狀態(tài)均可預(yù)知。

3)本發(fā)明以上優(yōu)勢可以提高系統(tǒng)通信實(shí)時性，降低總線負(fù)載，很好滿足衛(wèi)星數(shù)據(jù)交互量大、實(shí)時性高、總線管理越來越復(fù)雜的任務(wù)需求。

附圖說明

圖1是東三B平臺綜合電子系統(tǒng)1553B總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖2是控制周期子任務(wù)時間分配；

圖3為1553B總線管理任務(wù)通信時序；

圖4為根據(jù)控制周期計(jì)數(shù)輪轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)BC與RT的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收；

圖5為重要數(shù)據(jù)打包及重要數(shù)據(jù)發(fā)送處理策略。

具體實(shí)施方式

某衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)由中心管理單元CMU、平臺業(yè)務(wù)單元(PFISU)、載荷業(yè)務(wù)單元(PLISU)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動單元(ADU)組成，各單機(jī)通過1553B總線通信，其中CMU是綜合電子系統(tǒng)的核心，作為總線控制器(BC)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，其它單機(jī)作為遠(yuǎn)程終端(RT)響應(yīng)數(shù)據(jù)指令并應(yīng)答。綜合電子系統(tǒng)星載應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)總線控制器功能，定期與各RT端通信，從而完成綜合電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，具體需求如下：

1、CMU應(yīng)用軟件控制周期為64ms，即每64ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)管理，通信周期必須以控制周期為時間片進(jìn)行劃分。一個控制周期包含4個子任務(wù)，所有總線操作限制在12ms的子任務(wù)4——1553B總線管理任務(wù)中完成，如圖2所示。

2、本發(fā)明主要使用以下3種1553B消息格式：

1)BC-RT：BC向RT發(fā)送一個接收命令字，后面跟隨特定長度的數(shù)據(jù)字。RT在接收到命令字和數(shù)據(jù)字后，進(jìn)行消息合法性驗(yàn)證后發(fā)送一個狀態(tài)字給BC；

2)RT-BC：BC首先向RT發(fā)送一個發(fā)送命令字，RT在接收到命令字并進(jìn)行合法性驗(yàn)證后發(fā)送一個狀態(tài)字給BC端，后面跟隨特定長度的數(shù)據(jù)字；

3)帶一個數(shù)據(jù)字的BC-RT方式命令：BC向一個RT發(fā)送一個接收命令字，后面帶一個16位的數(shù)據(jù)字；

3、CMU應(yīng)用軟件每控制周期與ADU進(jìn)行快幀通信，包括控制指令消息和閉環(huán)反饋數(shù)據(jù)采集消息，消息格式分別為BC-RT的單消息和RT-BC的單消息；

4、CMU應(yīng)用軟件每7個控制周期，即448ms，分別與ADU、PFISU、PLISU完成慢幀通信，包括控制指令消息，遙測數(shù)據(jù)采集消息和用于數(shù)據(jù)同步的勤務(wù)指令消息，消息格式分別為BC-RT的單消息，RT-BC的單消息和帶一個數(shù)據(jù)字的BC-RT方式命令。

5、CMU應(yīng)用軟件以固定時間周期向RT端保存重要數(shù)據(jù)，該時間周期不超過64S，數(shù)據(jù)規(guī)模為2K字節(jié)，要求發(fā)送的數(shù)據(jù)完全相同，一式三份分別發(fā)往ADU、PFISU、PLISU。消息格式為BC-RT的循環(huán)緩沖區(qū)消息和一個帶一個數(shù)據(jù)字的BC-RT方式命令消息。

6、CMU應(yīng)用軟件每個控制周期均進(jìn)行總線異常處理，從A總線切到B總線。

根據(jù)綜合電子系統(tǒng)的通信需求，本發(fā)明采用基于時間片規(guī)劃的集中式總線時序控制方法，設(shè)計(jì)原則如下：

1)根據(jù)BC與RT的實(shí)時性需求，采用周期性時序設(shè)計(jì)方式，減小總線負(fù)載。

2)以RT為目標(biāo)創(chuàng)建數(shù)據(jù)幀，盡量避免一幀中包含發(fā)往多個RT的消息，這樣處理便于總線故障處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一幀中出現(xiàn)錯誤消息時，可將整幀丟棄，不影響B(tài)C與其它RT的通信；

3)BC不采用芯片級消息重試策略，完全交由應(yīng)用層處理，避免出現(xiàn)1、2次重試后打亂原時序；

4)BC不采用幀異常中止發(fā)送策略，無條件發(fā)送消息幀后根據(jù)消息狀態(tài)字綜合判斷總線故障；

5)BC采用查詢方式完成數(shù)據(jù)收發(fā)，從而避免了中斷帶來的時序與數(shù)據(jù)訪問沖突。

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明：

根據(jù)前面敘述的總線通信需求，在一個控制周期內(nèi)需完成所有總線數(shù)據(jù)收發(fā)，不僅包括以64ms為周期的BC與ADU的快幀通信，還包括以448ms為周期BC與ADU、PFISU、PLISU的慢幀通信，此外還包括以不超過64S固定時間周期的重要數(shù)據(jù)保存任務(wù)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于時間片的總線時序控制方法，在一個64ms控制周期內(nèi)發(fā)起兩個消息幀：一幀是按照64ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)發(fā)起的BC與ADU通信快幀，另一幀是按照448ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)發(fā)起的BC與某下位機(jī)的通信慢幀或重要數(shù)據(jù)保存幀。所有總線操作均集中在12ms的總線管理任務(wù)中，時序設(shè)計(jì)如圖3所示。

其中，涉及計(jì)數(shù)器定義如下：

●64ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器CNT1，初始置0，每控制周期遞增1，在0～6輪轉(zhuǎn)，周期計(jì)時為7×64ms＝448ms。

●448ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器CNT2，初始置0，每448ms遞增1，在0～141輪轉(zhuǎn)，周期計(jì)時為142×448ms＝63.616s。

涉及消息幀定義為：

●A類消息幀由遙控指令消息、遙測數(shù)據(jù)消息和遙測勤務(wù)指令消息組成；

●B類消息幀由重要數(shù)據(jù)消息和重要數(shù)據(jù)勤務(wù)指令消息組成。

圖3為本發(fā)明流程圖，步驟說明如下：

步驟①向ADU發(fā)送快幀消息，包括控制指令消息和閉環(huán)反饋數(shù)據(jù)消息；

步驟②延時1.6ms后，從BC消息棧讀取ADU回送的閉環(huán)反饋數(shù)據(jù)；

步驟③根據(jù)64ms周期計(jì)數(shù)CNT1取值進(jìn)行如下處理，流程如圖4所示：

當(dāng)CNT1＝0時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與ADU的A類消息幀；

當(dāng)CNT1＝1時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PFISU的A類消息幀；

當(dāng)CNT1＝2時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PLISU的A類消息幀；

當(dāng)CNT1＝3時，不做任何處理；

當(dāng)CNT1＝4時，根據(jù)448ms周期輪轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)CNT2取值進(jìn)行如下處理，流程如圖5所示：

當(dāng)CNT2＝0時，CMU軟件完成一次重要數(shù)據(jù)打包；

當(dāng)CNT2＝1時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與ADU的B類消息幀；

當(dāng)CNT2＝2時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PFISU的B類消息幀；

當(dāng)CNT2＝3時，創(chuàng)建并發(fā)起B(yǎng)C與PLISU的B類消息幀；

CNT2遞增1；注：每次CNT1＝4時CNT2自增1，即每448ms自增1

當(dāng)CNT2＝4～141時，不做任何處理。

當(dāng)CNT1＝5、6時，不做任何處理。

步驟④下一控制周期進(jìn)入子任務(wù)4——1553B總線管理任務(wù)后，CMU軟件從BC消息棧讀取RT回送的遙測數(shù)據(jù)；

當(dāng)CNT1＝0時，取回ADU回送的遙測數(shù)據(jù)；

當(dāng)CNT1＝1時，取回PFISU回送的遙測數(shù)據(jù)；

當(dāng)CNT1＝2時，取回PLISU回送的遙測數(shù)據(jù)。

CNT1自增1；注：改變控制周期計(jì)數(shù)，準(zhǔn)備與下一個RT通信

步驟⑤每控制周期進(jìn)行總線故障判斷，根據(jù)RT消息狀態(tài)字判斷BC與RT的總線通信狀態(tài)，如果判出總線故障，則將BC與RT的總線通道由A總線切到B總線。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。