基于ARM的高性能星載容錯計算機系統(tǒng)

　　引言

　　本文對基于ARM處理器的高性能星載容錯計算機系統(tǒng)進行了方案研究和論證，該系統(tǒng)應(yīng)用于北京航空航天大學(xué)在研的學(xué)生小衛(wèi)星。該小衛(wèi)星設(shè)計壽命1個月，用于實現(xiàn)新概念微小衛(wèi)星平臺在軌實驗、驗證重力梯度桿技術(shù)和空間成像技術(shù)。項目分為星載計算機、姿態(tài)測量、軌道測量、有效載荷、電源、空間展開機構(gòu)、結(jié)構(gòu)和地面站八個分系統(tǒng)。根據(jù)總體任務(wù)要求，星上電子系統(tǒng)采用一體化設(shè)計，需要完成任務(wù)總體提出的各項功能，并滿足體積、功耗、可靠性和成本等指標(biāo)。由于低成本的要求，星上的多種設(shè)備和器件將選用商業(yè)器件，并需要適應(yīng)空間帶電粒子、電磁輻射、真空和高低溫等復(fù)雜環(huán)境。

　　硬件設(shè)計方案

　　星上電子系統(tǒng)采用一體化的設(shè)計方案，星上各個模塊化的用電設(shè)備如GPS接收機、磁強計、收發(fā)機等均由星載計算機模塊進行集中的數(shù)據(jù)和電源管理。星載計算機分系統(tǒng)包括仲裁電路模塊和兩個完全相同的互為備份的星載計算機模塊，由仲裁電路判定當(dāng)前兩臺星載計算機的工作狀態(tài)并分配控制權(quán)。星上軟件能夠進行自主的星務(wù)管理，周期性地采集、分析和發(fā)送星上的狀態(tài)數(shù)據(jù)，具有故障分析和處理能力。

　　在本系統(tǒng)中選取LPC2478作為星載計算機模塊的處理器，該嵌入式處理器具有運算速度快、工作溫度寬、片上資源豐富、低功耗和低成本等優(yōu)點，滿足項目的各項需求。

　　基于LPC2478的星載計算機功能模塊

　　星載計算機主要完成星上的數(shù)據(jù)管理和設(shè)備的控制任務(wù)，是整個星上電子系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)充分利用LPC2478的片上資源，應(yīng)用較少的外圍電路擴展了處理器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊接口，大大地減化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了功耗和成本。星載計算機系統(tǒng)的硬件功能結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方式見圖1。

　　本系統(tǒng)利用LPC2478的EMC接口擴展了片外的1MB SRAM、2MB FLASH、64KB EEPROM，可以存儲引導(dǎo)代碼、程序代碼和狀態(tài)數(shù)據(jù)等，并能實現(xiàn)在軌重新注入軟件的功能;利用LPC2478的片上資源擴展了各種外部總線接口，分別與各個外部設(shè)備連接，并構(gòu)成了星上的多結(jié)點CAN網(wǎng)絡(luò)。