作者 / 张宏财 宣浩 肖文光 我国电子科技集团公司第38研讨所 孔径阵列与空间勘探安徽省要点实验室(安徽 合肥 230088 )
张宏财(1977-)，男，硕士，研讨方向：归纳电子技能方面的规划与开发。
摘要：规划了依据AT697F的某卫星有用载荷的监控体系，胪陈了依据AT697F的最小体系规划及各接口规划方案，并评论要害元器件的选型及运用注意事项。该规划完结的有用载荷的监控体系稳定性好、牢靠性高、功耗低。
0 前语
现在，跟着科学技能的前进，社会的开展和国防建设对卫星的依赖性越来越重。卫星体系也越来越广泛的使用于国防安全、卫星通讯、空间勘探、GPRS导航等范畴。卫星的需求量也越来越多，卫星的全体功用要求也越来越高，一起整个卫星渠道及各个有用载荷对星载监控体系的职责也越来越重。再加上卫星在轨运转期间阅历的空间辐射环境对星载监控操控体系元器件的功用都有不同程度的损害，严峻时会引起卫星在轨作业反常或毛病。一起受整个卫星分量、体积的影响，这就要求整个体系设备具有体积小、功耗低、分量轻等特色。因为恶劣的空间环境，星载使命办理操控体系对星载设备的元器件和资料要求十分高，因而，星载监控体系的元器件和资料的可挑选性有限。
本论文从实践工程使用的视点动身，以某类型卫星的有用载荷监控体系的使命需求作为依据进行规划。鉴于卫星体系的特色以及运转环境的严苛条件，需求规划一种牢靠性高、稳定性好、数据处理才能强的载荷监控体系。
1 使命要求
有用载荷监控体系首要的功用完结上行指令、数据的接纳、译码和会集处理，具有履行直接、直接、程控指令的功用，完结遥测、数传数据的收集、存储、办理及依照世界空间数据体系咨询委员会(CCSDS)协议打包下传。按各分体系数据收集需求，供给和保护总线通讯;详细的功用要求首要包括：
1)完结卫星渠道的1553B通讯，接纳卫星渠道的操控参数等指令及传送作业状况参数与卫星渠道;
2)完结和卫星载荷操控器的RS422通讯，接纳卫星渠道的秒脉冲对时信号，并传送科学数据与卫星渠道;
3)完结对有用载荷二次电源、前段接纳等设备的遥控;
4)接纳有用载荷各部分的遥测信号，并按指定格局传送至卫星渠道。
2 体系硬件规划
因为本监控体系触及数据解析、参数核算、数据传输等功用，本监控体系电路体系框图如图1所示，由MCU操控器、FPGA、SRAM存储器、FLASH存储器、1553B接口操控器、与非门复位及相应的驱动电路等组成，体系组成框图如图1所示。
3 硬件规划
3.1 MCU挑选及最小体系规划
MCU是整个有用载荷监控体系的中心，其功用影响到整个体系的处理才能和可以完结的功用。因为本体系使用在空间环境中，要求具有高牢靠性、抗辐照功用。本体系选用ATMEL公司的宇航级芯片AT697F作为体系的主处理器，AT697F是一款32位的微操控器，具有丰厚的外设接口，具有支撑FLASH、SRAM、SDRAM和I/O映射空间拜访的存储器操控器，具有两个32位的定时器，一个看门狗，三个串行通讯接口，以及8个外部可编程输入端口的中止操控器，16个通用I/O接口，契合 PCI2.3标准的33 MHz PCI接口，最高作业频率为100 MHz。只需加上存储器和与使用相关的外围电路(电源和时钟源)，就可以构成完好的单板核算机体系。本监控体系依据AT697F的最小体系包括AT697F单元、上电复位及看门狗复位电路单元、存储器单元及调试电路单元。
3.1.1 MCU体系存储器体系规划
因为AT697F内部没有存储空间，规划时需求外扩存储器来完结程序和数据的存储。规划中存储器模块共包括3种类型：2 MB的程序存储器FLASH、2 MB数据存储器SRAM和用于EDAC校验的512 KB的SRAM。FLASH用来寄存体系使用程序，在航天器件目录中，选用类型为ACT-F512K32N-060P3Q的FLASH存储器，数据线宽为32 bit，容量为2 MB，满意监控体系的程序存储容量要求;SRAM首要用来暂存数据变量，作为在线仿真调试的体系运转空间，在航天器件目录中，选用ATMEL公司类型为AT68166H的SRAM存储器，其数据线宽为32 bit，容量为2 MB，其抗总剂量才能优于100 Krad(Si)，抗单粒子闩锁(SEL)优于80 MeV/cm2/mg;EDAC存储器为避免数据SRAM在空间中发生单粒翻转，进行检二纠一校验，AT697F现已将EDAC算法集成在芯片中，在功用装备时，使能SRAM EDAC即可，选用ATMEL公司(现被Microchip公司收买)类型为AT60142FT的SRAM存储器，其数据线宽为8 bit，容量为512 KB，其抗总剂量才能优于100Krad(Si)，抗单粒子闩锁(SEL)优于70 MeV/cm2/mg。各存储器经过地址数据总线挂载在AT697F相应的地址空间，FLASH地址空间为：0x00000000~0x0FFFFFFF，SRAM地址空间为：0x40000000~0x401FFFFF，经过AT697F片选信号操控。衔接图如图2所示。
3.1.2 MCU体系复位电路规划
MCU体系复位电路是单片机体系牢靠运转的重要确保，它的效果经过在单片机复位引脚上发生必定时刻的复位脉宽信号，强制单片机体系复位，使单片机程序从头从FLASH中的0000H方位开端取指履行。
MCU体系电路中，体系复位首要在两种状况下发生：一是在体系加电时，此刻，体系需求满足时刻的复位脉宽信号，使单片机可以从FLASH中的第一条指令开端正常履行;二是在体系发生反常的状况下，形成这种状况，或许是因为外太空杂乱的环境要素，导致单片机内程序计数器(PC)或其它寄存器的数据反常，致使体系无法持续正常运转。
针对上述两种状况，MCU电路中规划了由上电复位电路与看门狗电路一起组成的体系复位电路。详细电路图如图3所示。
如图3所示，上电复位电路选用电阻与电容构成的RC电路，使用体系上电进程中对电容的充电，发生复位电压信号，上电复位延迟时刻由电阻阻值与电容容值决议。传输与操控模块上电由10 kΩ电阻与15 μF电容组成，延时RC=75 ms。
依据国军标299C，钽电容的短路失效方式占76%，开路失效方式占13%，参数漂移占11%。假如钽电容为短路失效方式时，选用串接两个电容的办法，仅使复位延时时刻加长，对功用无影响。假如钽电容为短路失效方式时，MCU不能上电复位，可经过看门狗电路进行复位。假如钽%&&&&&%为参数漂移失效方式时，上电复位的时刻有所改变，对MCU的正常作业不发生影响。
反常状况下，单片机体系的复位由看门狗电路完结，体系复位后，看门狗处于不使能状况，经过设置操控寄存器中的 Watchdog使能位使能看门狗，在每次下溢时都能发生一个外部信号WDOG，这个信号可以用来发生体系复位。在计数器到0之前，假如看门狗计数器更新值被写入到WDOG寄存器，则计数器从头置计数值。
3.2 1553B接口规划
为确保有用载荷和卫星渠道间数据可以正确无误的传输，而且要有较高的稳定性和牢靠性。本有用载荷经过1553B总线与卫星渠道体系通讯，其通讯原理如图所示，接口电路选用航天九院772所的抗辐射1533B接口芯片B65170S6RH，其集成一个半双工编码/解码器，完好的总线操控协议，存储器办理电路和中止逻辑电路，处理器接口逻辑，供给4 K×16的片内静态同享SRAM与处理器总线之间的缓冲接口，为微处理器和1553B总线之间供给了完好、灵敏的接口电路。经过1553B总线有用载荷可以接入星上体系总线网络，作为星上总线中的雷达终端(RT)，经过1553B总线完结分布式实时通讯。
本规划中，因为AT697F的较多的IO口被复用，数量受限，故1533B接口芯片B65170S6RH，经过FPGA挂载在AT697F的IO地址空间上，地址空间为：0x20000000~0x3FFFFFFF，FPGA依据AT697F的读写指令，完结AT697F与B65170S6RH之间的接口逻辑转化，其原理如图4所示。
因为FPGA芯片接口电平为2～3.75 V，规划中选用3.3 V;B65170S6RH接口电平为2～5 V，规划中选用5 V。FPGA宣布的电平信号契合B65170S6RH的信号分辩规模，可以被B65170S6RH正确辨认，反过来，B65170S6RH宣布的电平信号却不契合FPGA的信号分辩规模，因而需经过B54ACS164245SRHF芯片对FPGA芯片和1553B协议芯片进行电平转化。1553B接口电路原理图如图5所示。
3.3 RS422接口的规划
有用载荷与卫星渠道经过LVDS完结科学数据传输。接口电路选用DS26LV31W-QML。为确保RS422的牢靠发送传输，接口做成热备份方式。详细规划原理如图6所示。
有用载荷与卫星渠道通讯经过RS422完结秒脉冲对时的传输。接口电路选用DS26LV32W-QML。相同为确保RS422的牢靠接纳传输，接口做成热备份方式。详细规划原理如图7所示。
4 软件规划
有用载荷监控软件归于嵌入式软件，硬件和软件的联络十分严密，研制的整个进程都需求软硬件并行交互进行。有用载荷监控软件运转在有用载荷操控器AT697F上，软件的完结与体系的处理器的硬件结构、I/O接口、衔接的外部设备等都有联系。有用载荷监控软件的功用首要有:体系上电自检及初始化，1553B总线通讯及数据注入办理，解析并发生直接指令，收集遥测数据等。本规划依据有用载荷监控分体系的功用要求，选用模块化的思维完结了体系的软件规划，软件的流程图如图8所示。
5 定论
以AT697F为中心的某星载有用载荷的监控体系，经过对有用载荷电子设备硬件进行集成，进步硬件复用程度，优化电子体系结构，合理区分软硬件功用，下降分量、体积和功耗的一起也进步了体系的牢靠性，有用处理了空间勘探使命所面对的困难。该技能进步有用载荷本身功用和牢靠性的一起可明显进步载荷渠道比，延伸有用载荷的运用寿命。
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本文来源于《电子产品世界》2018年第4期第64页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
