星务中心计算机是细小卫星电子体系的中心部件之一，本文介绍的星务中心计算机是由双TSC695F处理器加外围功用模块完结的，它的首要作用是确诊整星状况、组织整星使命的运转和调度，使卫星能正常的运转。别的，为了削减地上干涉次数和增强卫星在轨生存才能，要求卫星具有高度的自主性，这也依靠于星务中心计算机的调度才能。因而，要求星务中心计算机功用强、能敷衍各种恶劣环境、并具有很强的自适应性，即能在线检测现场并自主施行决议计划处理。宇航计算机芯片是细小卫星整星电子体系一体化规划的一个重要的组成部分，由于一旦进入太空，空间计算机体系就具有不行修复性，这就要求体系有很强的容错才能，即便在毛病条件下，还能正常作业。
体系总体方案
星务中心计算机选用模块级冗余技能来增强体系的牢靠性，内部首要的电路模块均采纳双冗余规划，如CPU模块（双TSC695F）、CAN总线模块、USB总线模块、遥测输出通道模块、遥控输入通道模块等。当时正在运转的电路模块发生毛病时，体系经过容错电路主动切换或由地上操控切换到另一个备份的电路模块，持续当时电路模块的作业，而发生毛病的电路模块则由地上依据其遥测状况数据判别其毛病并采纳相应的办法。CPU模块可选用双TSC695F抗辐照CPU，其作业频率最高可达50MHz，是一款比较合适航天范畴使用的CPU，体系原理框图如图1所示。
图1 体系原理框图
从图1能够看出，A机和B机有各自的最小体系电路，即有独立的SRAM和Flash等，不会相互影响。一起，A机和B机同享外围IO设备，这是经过PLD1和PLD2来完结的。在PLD1和PLD2中，首要完结各功用IO外设总线的切换，由于一切IO外设的数据、地址以及操控总线都是由FPGA完结。这样，经过PLD1或PLD2，就能够把总线1和总线2上的IO外设挂在A机上运转或是挂在B机上运转了，然后完结功用部件的容错。而体系级的容错首要是靠体系裁定模块来操控的，在这里的体系裁定模块是选用高牢靠性的宇航级PLD来完结的，该PLD要完结的功用相对简略，逻辑清楚，首要接纳双机的看门狗信号和心跳信号，一起输出双机体系复位以及关双机电源信号的功用，然后完结双机体系自主容错功用。
本规划选用了由欧洲宇航局规划、法国TEM%&&&&&%公司出产的专门使用于宇航工业的32位RISC抗辐照处理器芯片TSC695F。其特色包含：速度更高、功耗低于1.5W；抗辐照才能强；内置一个片上调试器(OCD)，用于在软件开发和校验期间的非侵入程序履行操控；内部集成了内部/外部总线奇偶校验和外部总线EDAC纠错检错以支撑容错功用。
图2 CAN总线接口电路图
TSC695F的规范版别能够供给高达20MIPS的速度，具有抗单粒子搅扰才能和超越300krad的总辐照剂量耐受力，能够满意我国卫星使用需求。
硬件接口规划
TSC695F是整个星务中心计算机操控体系的中心，操控体系一切的电路，以下别离介绍各功用电路模块的规划。
1 存储器接口
为了满意体系杂乱的运算和数据存储要求，供给了两片512K×16位的SRAM，总计2MB，为运转RTEMS实时操作体系供给了丰厚的存储资源。别的选用4MB Flash作为程序存储区。以上一切的存储器电路均带有EDAC功用，经过TSC695F本身的EDAC功用，对存储区的数据进行实时的数据过错检测和纠错。
2 CAN总线接口
CAN总线接口电路首要由CAN总线操控器、收发器和高速阻隔光耦组成，CAN总线操控器选用的是SJA1000，是CAN总线接口电路的中心，首要完结CAN总线的通讯协议，而CAN总线收发器的首要功用是增大通讯间隔，进步体系的瞬间抗搅扰才能，维护总线，下降射频搅扰（RFI），完结热防护等，拜访CAN总线是经过TSC695F的I/O空间完结，地址逻辑译码由FPGA完结。CAN总线接口电路如图2所示。
3 USB总线接口
USB总线操控器选用ISP1160，该芯片支撑USB 2.0协议，支撑全速和低速两种速度形式，供给两个USB主下行端口，支撑操控传输、中止传输、批量传输和同步传输四种传输形式，速度最高可达12Mb/s，拜访USB总线的地址空间是经过拜访TSC695F的IO空间完结的，地址的逻辑译码由FPGA完结。USB总线接口电路原理图如图3所示。
4 RS422总线接口
RS422总线接口电路由串口和RS422电平转化芯片构成，串口的功用由FPGA完结，带16B FIFO，波特率有115 200/38 400/9600多种挑选；RS422总线电平转化芯片选用MAX488MJA，为了进步抗搅扰才能，选用了阻隔电源，电源的彻底阻隔可选用小功率电源阻隔模块B0509LS-1W完结，尽管增加了节点的杂乱程序，可是却进步了节点的稳定性和安全性。RS422总线接口电路原理如图4所示。
图3 USB总线接口电路图
容错电路规划
体系容错规划是整个体系规划的要害，容错电路要求简练、牢靠，容错办法包含以下几部分。
1 EDAC容错
使用TSC695F本身的EDAC功用，能够完结内存或总线的EDAC，然后到达对内存和总线的一位或两位过错的纠正和检测。
2 看门狗检测
体系裁定检测电路中对由双TSC695F组成的主/备用机设置了“看门狗”监视器，体系正常作业时，会周期性地进行“喂狗”动作，当体系发生毛病时，“喂狗”动作中止，发生体系复位，假如体系接连四次复位均不正常，则体系裁定检测电路会进行体系切换操作，堵截毛病机电源，翻开备用机电源。一起，运转毛病检测定位程序，找出毛病原因。
3 心跳信号检测
当主机在正常的运转进程傍边，会周期性地经过GPIO口宣布一系列的方波信号奉告体系裁定模块当时作业正常，当体系毛病时，心跳信号消失，由裁定模块进行复位操作，当5次复位均无效后，进行电源的切换，然后完结容错的意图。
4 双体系自主容错
本体系能够分为冷备用动态双模冗余形式和热备用动态双模冗余形式。
在冷备用动态双模冗余形式下，作业状况如下所述：体系默许A机为主机，B机为备份机，一起封闭B机电源，由两个开关信号GPIO2和GPIO3来操控PLD1和PLD2，PLD1和PLD2的功用首要是完结A/B机总线的开关切换，即挑选A机的IO功用总线仍是挑选B机的IO功用总线，同一时间只要一路总线有用，默许情况下PLD1作业，PLD2处于热备份状况。当PLD1操控下的IO功用模块呈现毛病时，发生出错中止，堵截PLD1的开关，一起告诉CPU切换到PLD2操控下的总线作业，假如PLD2操控下的IO模块也呈现了毛病，那么这时由FPGA1发生一个信号告诉体系裁定模块封闭A机的电源，翻开B机的电源，然后完结双体系间的容错切换。
在热备用动态双模冗余形式下，作业状况如下所述：体系上电后，A机和B机都上电，A机为主模块，B机为从模块，A机B机同步作业，但B机不作体系输出，这样，当进行数据通讯时，A机和B机能够对接纳的数据进行数据比对。假如发现数据不同，则先由A机进行通道切换，再进行数据的通讯，再进行数据比对。假如发现A机呈现毛病，则体系进行重构：先切除原主模块，再将原备用模块切换为主模块，一起经过读取双口RAM的数据作为最终一次传输的成果，确保数据不丢掉。
图4 RS422总线接口电路图
图5 容错流程图
容错流程如图5如示。
软件开发渠道
跟着卫星技能的不断开展，以及实践使用需求的不断进步，星务计算机所要处理的使命越来越杂乱，其运算量也随之变得越来越大，以往对底层硬件依靠程度较高的“操控流+中止”的程序结构已不能适应星务计算机的开展。为了处理这个问题，咱们引入了嵌入式实时多使命操作体系（EOS）——RTEMS，使用珠海欧比特操控工程股份有限公司开发的基于此操作体系的Orbita EOS嵌入式操作体系及其Orbita EOS 开发工具，可大大进步软件编程功率和牢靠性，详细可参阅Orion4.0用户手册（www.myorbita.net）。
结束语
在选用双TSC695F作为容错星务计算机的研制进程中，笔者深深感觉到容错功用的重要性，容错功用的优秀与否直接影响到星务计算机在轨的生存才能，除了硬件上的容错外，软件方面的容错也不容忽视。
