專利名稱：用于深空探測器的雙cpu單總線計算機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及航天控制設備，特別涉及一種用于深空探測器的雙CPU單總線計算機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)飛行器平臺計算機設計及研制中，一般均采用全雙機對稱冗余的體系結(jié)構(gòu)。即一臺主機A加一臺設計完全相同的備機B，主備機各包括完整的電源模塊、CPU模塊和功能模塊，雙機具有獨立的內(nèi)總線，各自獨立工作，只在對外接口處隔離并聯(lián)。在冷備份狀態(tài)下，熱機的工作狀態(tài)是由自身看門狗硬件進行監(jiān)測的，沒有獨立的監(jiān)測模塊，切換指令也是由熱機自身發(fā)出的。由于現(xiàn)有技術(shù)的飛行器平臺計算機采用全雙機對稱冗余的體系結(jié)構(gòu)，因而體積過于龐大，對于深空探測器來說，一方面不能實現(xiàn)小型化和輕型化，另一方面，非獨立的監(jiān)測模塊也可能影響整機的可靠性。目前航天控制領域沒有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明類似相關技術(shù)的說明或報道，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單總線計算機系統(tǒng)。利用本發(fā)明，可達到系統(tǒng)小型化的目的，實現(xiàn)系統(tǒng)自主運行，提高系統(tǒng)的可靠性。為了達到上述發(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單總線計算機系統(tǒng)，該裝置包括:電源模塊，它包括A機的電源模塊和B機電源模塊組成雙冗余；分別為A、B機的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，負責運行系統(tǒng)軟件，輸出控制和地址、數(shù)據(jù)信號，實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機的CPU模塊還持續(xù)發(fā)送表征自身健康的正常脈沖信號；內(nèi)總線，它由具有冷機高阻特性的芯片將冷熱機CPU模塊的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號進行隔離后，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，負責完成計算機的各種對外接口功能，在系統(tǒng)內(nèi)則掛在雙機公共內(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電源之間進行切換；自主監(jiān)控模塊，是獨立于A機的電路模塊，包括對A機健康信號的監(jiān)測電路和切機控制電路；負責接收并判別A機CPU模塊輸出的正常信號，在A機正常信號消失的情況下向切換電路模塊發(fā)送自主切機指令；
切換模塊，它包括對雙機電源模塊進行開關控制的繼電器Jl和對功能模塊進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，進行開B關A的動作，繼電器組J2可受到B機CPU模塊自主指令的控制，將功能板供電切換至B機電源。上述CPU模塊為雙冗余冷備份，A、B機設計相同，它們各自接收相應的電源模塊提供的+5V供電，通過內(nèi)總線實施對功能模塊的控制，并且A機CPU模塊向監(jiān)控模塊發(fā)送表征健康的正常信號，B機CPU模塊在A機故障情況下則向切換模塊發(fā)送自主切機指令；所述的內(nèi)總線對CPUA、B模塊發(fā)出的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號進行隔離，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算機的各種接口功能，掛在雙機公共內(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機電源模塊切換獲得；所述的自主監(jiān)控模塊的供電由B機電源模塊中的一個常開DC/DC提供，它接收并判別A機CPU模塊輸出的正常信號，在判定A機故障情況下向切換電路發(fā)送自主切機指令；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)送的自主切機指令，對A、B機電源模塊實施開關控制，即A、B機互斥；接收直接遙控指令或者B機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施切換。本發(fā)明一種用于深空探測器的雙CPU單總線計算機系統(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，獨立的自主監(jiān)控模塊可進行系統(tǒng)重構(gòu)，能有效應對空間故障。因此本發(fā)明解決了深空探測器小型化、輕型化、低功耗、自主運行和高可靠的問題，達到了如下有益效果:1.提供了可靠、通用的深空探測飛行器計算機系統(tǒng)冗余模式；2.可以有效降低系統(tǒng)體積、重量、功耗；3.可以實現(xiàn)自主運行與故障重構(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單總線計算機系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明用于深空探測器的雙CPU單總線計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1是本發(fā)明用于深空探測器的雙CPU單總線計算機系統(tǒng)的原理框圖。如圖1的實施例所示，本系統(tǒng)對外接口連接探測器內(nèi)其它各個分系統(tǒng)QT，其中包括:由遙控終端機YKZD發(fā)出所有遙控指令開A關B指令KAGB、開B關A指令KBGA、功能板電源切向A機指令QXAJ、功能板電源切向B機指令QXBJ四條指令，本系統(tǒng)供電由電源系統(tǒng)DYXT提供。當YKZD發(fā)出KAGB指令，本系統(tǒng)電源A開B關，CPUA工作。當YKZD發(fā)出KBGA指令，本系統(tǒng)電源B開A關，CPUB工作。當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單總線計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2的實施例所示，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機的DC/DC模塊和B機的DC/DC模塊，分別為A、B機的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及其外圍存儲器等電路，負責運行系統(tǒng)軟件，輸出控制和地址、數(shù)據(jù)信號，實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機的CPU模塊還應持續(xù)發(fā)送表征自身健康的正常脈沖信號。內(nèi)總線103，它是由具有冷機高阻特性的芯片將冷熱機CPU模塊的控制、地址、數(shù)據(jù)等總線信號進行隔離后，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，負責完成計算機的各種對外接口功能，在系統(tǒng)內(nèi)則掛在雙機公共內(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電源之間進行切換。自主監(jiān)控模塊105，是獨立于A機的電路模塊，包括對A機健康信號的監(jiān)測電路和切機控制電路。負責接收并判別A機CPU模塊輸出的正常信號，在A機正常信號消失的情況下向切換電路發(fā)送自主切機指令。切換模塊106，它包括對雙機電源模塊進行開關控制的繼電器Jl和對功能模塊進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，進行開B關A的動作，繼電器組J2可受到B機CPU模塊自主指令的控制，將功能板供電切換至B機電源。上述CPU模塊102為雙冗余冷備份，A、B機設計相同，它們各自接收相應的電源模塊101提供的+5V供電，通過內(nèi)總線103實施對功能模塊104的控制，并且A機CPU模塊向監(jiān)控模塊105發(fā)送表征健康的正常信號,B機CPU模塊在A機故障情況下則向切換模塊106發(fā)送自主切機指令；內(nèi)總線103，它對CPUA、B模塊發(fā)出的控制、地址、數(shù)據(jù)等總線信號進行隔離，并合并成一套總線，連接所有功能模塊104 ;功能模塊104，完成計算機的各種接口功能，掛在雙機公共內(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機電源模塊101切換獲得；自主監(jiān)控模塊105，其供電由B機電源模塊101的其中一個常開DC/DC提供，它接收并判別A機CPU模塊102輸出的正常信號，在判定A機故障情況下向切換電路105發(fā)送自主切機指令；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)送的自主切機指令，對A、B機電源模塊101實施開關控制(A、B機互斥)，接收直接遙控指令或者B機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機模塊的兩個DC/DC統(tǒng)一受到切換開關106的控制，同時開或關，而B機模塊只有+5V的DC/DC受切換開關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CPU和B機CPU的總線經(jīng)過隔離后并聯(lián)而成，雙CPU分別處于熱機和冷機狀態(tài)，通過具有冷機高阻態(tài)的隔離芯片隔離后，冷機和熱機的總線并聯(lián)，可有效隔離冷機對熱機的影響，使內(nèi)總線有效工作。上述監(jiān)控模塊105負責對A機CPU模塊102的健康狀況進行監(jiān)測，對其A機發(fā)出的正常信號交變脈沖進行監(jiān)測，當正常信號消失超過預定的時間(3秒)，則發(fā)出自主切機指令給切換模塊106的切機繼電器J1，控制其動作，關閉A機電源模塊101，同時打開B機電源模塊101。上述切換模塊106包括對雙機電源模塊101進行開關控制的繼電器Jl和對功能模塊104進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的控制進行開B關A的動作，繼電器組J2可受到B機CPU模塊102的控制，當發(fā)生切機，B機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動作，將功能板供電掛至B機電源。下面結(jié)合附圖2對本發(fā)明的動作過程進行描述。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機電源上；電源B的+5V DC/DC處于關機狀態(tài)，電源B的土 12V DC/DC處于常開狀態(tài)，CPUB處于冷機狀態(tài)；CPUA占有內(nèi)總線。系統(tǒng)運行過程: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，表征自身健康狀況。A機故障處理:當A機正常信號消失，則監(jiān)控模塊發(fā)送切機指令，電源B的+5V DC/DC開機，CPUB上電；電源A關閉，CPUA停止工作進入冷機狀態(tài)；CPUB發(fā)送功能板電源切換指令，繼電器動作將功能板供電掛至B機電源；CPUB占有內(nèi)總線，系統(tǒng)重構(gòu)完成。遙控指令切機:發(fā)送直接遙控指令切機，應分為兩步，如A機切向B機，首先發(fā)送開B關A指令，然后發(fā)送功能板電源切向B機指令，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單總線計算機體系結(jié)構(gòu)，解決了深空探測飛行器計算機小型化、輕型化、低功耗、高可靠的問題。顯然，本領域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)進行各種改動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單總線計算機系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 電源模塊，它包括A機電源模塊和B機電源模塊組成雙冗余；分別為A、B機的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，負責運行系統(tǒng)軟件，輸出控制和地址、數(shù)據(jù)信號，實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機的CPU模塊還持續(xù)發(fā)送表征自身健康的正常脈沖信號； 內(nèi)總線，它由具有冷機高阻特性的芯片將冷熱機CPU模塊的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號進行隔離后，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，負責完成計算機的各種對外接口功能，在系統(tǒng)內(nèi)則掛在雙機公共內(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電源之間進行切換； 自主監(jiān)控模塊，是獨立于A機的電路模塊，包括對A機健康信號的監(jiān)測電路和切機控制電路；負責接收并判別A機CPU模塊輸出的正常信號，在A機正常信號消失的情況下向切換電路模塊發(fā)送自主切機指令； 切換模塊，它包括對雙機電源模塊進行開關控制的繼電器Jl和對功能模塊進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，進行開B關A的動作，繼電器組J2可受到B機CPU模塊自主指令的控制，將功能板供電切換至 B機電源。
2.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計算機系統(tǒng)，其特征在于:所述的CPU模塊為雙冗余冷備份，A、B機設計相同，它們各自接收相應的電源模塊提供的+5V供電，通過內(nèi)總線實施對功能模塊的控制，并且A機CPU模塊向監(jiān)控模塊發(fā)送表征健康的正常信號，B機CPU模塊在A機故障情況下則向切換模塊發(fā)送自主切機指令；所述的內(nèi)總線對CPUA、CPUB模塊發(fā)出的控制、地址、數(shù)據(jù)總線信號進行隔離，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算機的各種接口功能，掛在雙機公共內(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機電源模塊切換獲得；所述的自主監(jiān)控模塊的供電由B機電源模塊中的一個常開DC/DC提供，它接收并判別A機CPU模塊輸出的正常信號，在判定A機故障情況下向切換電路發(fā)送自主切機指令；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)送的自主切機指令，對A、B機電源模塊實施A、B機互斥的開關控制；接收直接遙控指令或者B機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施切換。
3.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計算機系統(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機模塊的兩個DC/DC統(tǒng)一受到切換開關的控制，同時開或關，而B機模塊只有+5V的DC/DC受切換開關的控制，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單總線計算機系統(tǒng)，其特征在于:所述的內(nèi)總線由A機CPU和B機CPU的總線經(jīng)過隔離后并聯(lián)而成，雙CPU分別處于熱機和冷機狀態(tài)，通過具有冷機高阻態(tài)的隔離芯片隔離后，冷機和熱機的總線并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計算機系統(tǒng)，其特征在于:所述的自主監(jiān)控模塊對A機發(fā)出的正常信號交變脈沖進行監(jiān)測，當正常信號消失超過預定的時間，則發(fā)出自主切機指令給切換模塊的切機繼電器J1，控制其動作，關閉A機電源模塊，同時打開B機電源模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的雙CPU單總線計算機系統(tǒng)，其特征在于:當發(fā)生切機，B機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動作，將功能板供電掛至B機電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及航天控制設備，公開了一種用于深空探測器的雙CPU單總線計算機系統(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機健康信號的監(jiān)測電路和切機控制電路、切換模塊[106]受到自主監(jiān)控模塊的自主指令控制，進行開B關A的動作。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算機的所有功能，解決了深空探測器平臺計算機小型化、輕型化、低功耗、高可靠的問題。
文檔編號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