一種采用串行內(nèi)總線的星載計算機的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種采用串行內(nèi)總線的星載計算機，包括供電模塊，CPU模塊，IO功能模塊，其中，所述CPU模塊的數(shù)量為兩個以上，所述IO功能模塊的數(shù)量一個以上，其中，每個CPU模塊和每個功能模塊均設(shè)有具有路由功能的接口，所述接口通過標(biāo)準(zhǔn)SpaceWire串行總線進行互連。本實用新型的技術(shù)方案為星載計算機的功能易擴展、故障隔離及功能可重組等方面提供了新的技術(shù)方案，取得了接口標(biāo)準(zhǔn)化、靈活易擴展，以及提高可靠性等有益效果。
【專利說明】
一種采用串行內(nèi)總線的星載計算機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及宇航用計算機，特別涉及一種采用串行內(nèi)總線的星載計算機。
【背景技術(shù)】
[0002]宇航用計算機由于航天器需求有限，無法批量生產(chǎn)，導(dǎo)致成本高昂。提高宇航用計算機模塊化，組合化程度，使計算機功能易于擴展，來滿足不同航天器需求，可以有效降低成本。另外，宇航用計算機隨航天器發(fā)射后運行于嚴(yán)苛的外太空環(huán)境中，基本上無法進行維修，因此具有故障隔離和功能重組能力以提高可靠性十分重要。
[0003]目前，現(xiàn)有宇航用計算機基本上采用ISA、PCI及自定義的內(nèi)總線完成模塊間的電氣連接，進行控制和數(shù)據(jù)信息的交互。這些內(nèi)總線基本屬于并行總線，并行總線存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，抗干擾性差，功能不易擴展，故障隔離困難等缺點，使得星載計算機仍存在缺陷。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種采用串行內(nèi)總線的星載計算機，以解決現(xiàn)有的星載計算機在功能擴展、故障隔離和重組能力上所存在的功能缺陷問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種采用串行內(nèi)總線的星載計算機，包括供電模塊，CPU模塊，1功能模塊，所述CPU模塊的數(shù)量為兩個以上，所述1功能模塊的數(shù)量一個以上，其中，每個CPU模塊和每個功能模塊均設(shè)有具有路由功能的接口，所述接口通過標(biāo)準(zhǔn)SpaceWire串行總線進行互連。
[0006]較佳地，所述接口間采用SpaceWire協(xié)議進行通信。
[0007]較佳地，當(dāng)所述CPU模塊與1功能模塊的總數(shù)量為三個時，每個模塊通過路由功能接口由兩條SpaceWire串行總線分別與其他兩個模塊相連。
[0008]較佳地，當(dāng)所述CPU模塊與1功能模塊的總數(shù)量為大于三個時，每個模塊通過路由功能接口至少由三條SpaceWire串行總線與其余全部或部分模塊互連。
[0009]本實用新型通過采取上述方案克服了現(xiàn)有的星載計算機采用并行內(nèi)總線系統(tǒng)功能不易擴展，故障不易隔離和功能重組困難的缺點，取得如下有益效果:
[0010]I)系統(tǒng)功能易擴展，由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的路由接口模塊和SpaceWire總線進行模塊間的互聯(lián)，增加功能模塊與計算機原有模塊連接很容易，原有模塊硬件無需更改，僅需要對軟件做部分配置，這樣簡化了設(shè)計，降低了成本。
[0011]2)提高了系統(tǒng)可靠性，現(xiàn)有并行內(nèi)總線星載計算機也通過冗余提高可靠性，但其冗余只能進行整機級冗余，整機中的任何一個模塊故障會導(dǎo)致整機故障，只能全部切換到備機。而本實用新型的串行內(nèi)總線可以實現(xiàn)模塊級的冗余，由于模塊間的信息通過路由以包的形式并可以經(jīng)由多條路徑進行交互，因此當(dāng)某模塊故障時，主控模塊可以通過路由配置，關(guān)閉故障模塊的全部串行鏈路，將故障模塊隔離，并通過重組路由網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對系統(tǒng)功能進行重組。
[0012]目前沒有發(fā)現(xiàn)同本實用新型類似技術(shù)的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型提供的采用串行內(nèi)總線的星載計算機的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖2為本實用新型提供的星載計算機的路由接口的電氣連接邏輯圖。
【具體實施方式】
[0015]為更好地說明本實用新型，茲以一優(yōu)選實施例，并配合附圖對本實用新型作詳細(xì)說明，具體如下:
[0016]實施例一:
[0017]如圖1的所示，該采用串行內(nèi)總線的星載計算機裝置包括:
[0018]一個供電模塊I，兩個CPU模塊2A、2B，三個1功能模塊31、32、33及SpaceWire串行總線4。每個1功能模塊均包含電路相同的兩部分，圖中分別記為A和B，它們與本模塊的路由接口相連，而供電模塊A和B分別為CPU模塊2A和CPU模塊2B供電、以及為1功能模塊31?33的A和B部分供電XPU模塊2A通過路由功能接口分別與CPU模塊2B、功能模塊3IA和3IB、功能模塊32A和32B、功能模塊33A和33B采用標(biāo)準(zhǔn)SpaceWire串行總線進行互聯(lián)，可以對這些模塊直接發(fā)送控制信息和交互數(shù)據(jù)。CPU模塊2B通過路由功能接口分別與CPU模塊2A、功能模塊31A和31B、和功能模塊33A和33B采用標(biāo)準(zhǔn)SpaceWire串行總線進行互連，可以對這些模塊直接發(fā)送控制信息和交互數(shù)據(jù)。而對功能模塊32A和32B發(fā)送控制信息和交互數(shù)據(jù)可以通過功能模塊31或者功能模塊33的路由接口經(jīng)一次路由完成。
[0019]其中，上述的供電模塊的功能是進行電源轉(zhuǎn)換和遙控指令執(zhí)行。電源轉(zhuǎn)換是一次電源轉(zhuǎn)換為二次電源，即將外部輸入母線電壓轉(zhuǎn)換為(PU模塊和1功能模塊需要的電壓，并保證足夠的電流驅(qū)動。遙控指令執(zhí)行是接收外部遙控指令，如常用的開關(guān)機、控制權(quán)等，并通過繼電器及開關(guān)路等形式完成指令執(zhí)行。星載計算機一般有一個供電模塊，其電路在一塊PCB印制板上，為提高其可靠性，PCB印制板上有獨立的兩部分或以上的相同電路以形成冗余，保證其中某部分故障時，其他部分可以作為備份替代故障部分工作，完成電源轉(zhuǎn)換和遙控指令執(zhí)行。
[0020]上述的CPU模塊作為運算控制的核心模塊完成星載計算機主程序的運行，對1功能模塊發(fā)送控制信息，與1功能模塊交互數(shù)據(jù)。星載計算機一般有兩個或以上的CPU模塊，來完成冗余備份，每個CPU模塊電路在一塊PCB印制板上，通常由CPU、存儲器和部門接口電路構(gòu)成。
[0021]上述的1功能模塊接收CPU模塊的控制完成對外驅(qū)動執(zhí)行和信息采集，1功能模塊根據(jù)控制和采集對象和接口類型來劃分，常用接口有RS422接口、TTL電平接口、0C門接口，AD接口、DA接口、LVDS接口等，這些接口可以根據(jù)需求單獨或者組合成多種1功能模塊。星載計算機根據(jù)需求一般有一個(種)或以上1模塊，每種1功能模塊的電路在一塊PCB印制板上，為提高其可靠性，PCB印制板上有獨立的兩部分或以上的相同電路以形成冗余，保證其中某部分故障時，其他部分可以作為備份替代故障部分工作。
[0022]上述的CPU模塊和1功能模塊均帶有的路由功能接口是一種采用SpaceWire協(xié)議的交換路由器，與路由器連接的每個模塊均稱為節(jié)點，每個節(jié)點均有地址，路由器采用包交換的方式，這樣每個模塊均可以訪問計算機中的其他模塊，形成了網(wǎng)狀的信息交互方式，模塊間的信息交換路徑將不是唯一，當(dāng)故障發(fā)生時，對故障模塊的鏈路可以進行有效的隔離，并且可以路由地址的配置可以對系統(tǒng)功能進行重組。
[0023]上述的CPU模塊和功能模塊間的電氣和信息連接是通過SpaceWire串行總線連接各模塊的路由接口實現(xiàn)。SpaceWire串行總線可以采用電纜的形式也可以采用背板總線形式。當(dāng)CPU模塊加1功能模塊總數(shù)為三個時，每個模塊通過路由功能接口有兩條SpaceWire串行總線分別與其他兩個模塊相連，從而形成兩兩互聯(lián)的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)CHJ模塊加1功能模塊總數(shù)為四個時，每個模塊通過路由功能接口有三條SpaceWire串行總線分別與其他三個模塊相連，從而形成兩兩互聯(lián)的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)CPU模塊加1功能模塊總數(shù)大于四個時，每個模塊通過路由功能接口采用至少三條SpaceWire串行總線與其余部分模塊互連，這樣雖然無法完成兩兩互聯(lián)，但經(jīng)過一次或多次路由可以到達(dá)任意模塊，兩兩模塊間有至少有三條路徑可以互達(dá)。
[0024]如圖2所示，該采用串行內(nèi)總線的星載計算機裝置在電氣連接邏輯上包括:
[0025 ] 路由接口單元、讀寫控制邏輯、SpaceWire串行鏈路組成。
[0026]路由接口單元，提供接口電平匹配及SpaceWire包交換功能，該單元包含圖所示與A讀寫控制邏輯、B讀寫控制邏輯、接口 I?6共8個接口，將這些接口來的數(shù)據(jù)包，根據(jù)包頭地址路由到8個接口中相對應(yīng)地址的接口輸出。該接口單元可以采用FPGA實現(xiàn)，也可以選用諸如ATMEL公司的路由芯片AT7910實現(xiàn)。
[0027]讀寫控制邏輯對應(yīng)的1功能模塊分為A和B兩部分，對應(yīng)CPU模塊只有A或B—部分，其功能提供對輸入輸出數(shù)據(jù)與路由接口單元的讀寫控制。其控制邏輯可以由CPU讀寫1來實現(xiàn)，也可以通過FPGA的邏輯電路實現(xiàn)。
[0028]SpaceWire串行鏈路連接CPU模塊和1功能模塊間的路由接口，傳輸SpaceWire數(shù)據(jù)包。串行鏈路選用標(biāo)準(zhǔn)的SpaceWire線纜。
[0029]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，對本實用新型所做的變形或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以所述的權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種采用串行內(nèi)總線的星載計算機，包括供電模塊，CPU模塊，1功能模塊，其特征在于，所述CPU模塊的數(shù)量為兩個以上，所述1功能模塊的數(shù)量一個以上，其中，每個CPU模塊和每個功能模塊均設(shè)有具有路由功能的接口，所述接口通過標(biāo)準(zhǔn)SpaceWire串行總線進行互連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用串行內(nèi)總線的星載計算機，其特征在于，所述接口間采用SpaceWire協(xié)議進行通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用串行內(nèi)總線的星載計算機，其特征在于，當(dāng)所述CPU模塊與1功能模塊的總數(shù)量為三個時，每個模塊通過路由功能接口由兩條SpaceWire串行總線分別與其他兩個模塊相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用串行內(nèi)總線的星載計算機，其特征在于，當(dāng)所述CPU模塊與1功能模塊的總數(shù)量為大于三個時，每個模塊通過路由功能接口至少由三條SpaceWire串行總線與其余全部或部分模塊互連。
【文檔編號】G06F1/00GK205507610SQ201620277111
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】朱新忠, 高崗, 彭飛, 李毅, 楊鹿
【申請人】上海航天測控通信研究所