基于數(shù)據(jù)包的航天器數(shù)管模擬器軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)幀的幀頭為EB90，用于完成幀同步，長(zhǎng)度字占用了兩個(gè)字節(jié)，表示指令碼和數(shù)據(jù)域總長(zhǎng)度，因?yàn)槊織l協(xié)議都要有指令碼，因此長(zhǎng)度字最小值為0002H。指令碼用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)的用途，數(shù)據(jù)域用來(lái)保存有效數(shù)據(jù)。數(shù)管模擬器系統(tǒng)軟件接收到地面總控設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后解析指令碼，并根據(jù)不同指令碼完成特定的操作。
3．2 數(shù)管模擬器系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件每個(gè)任務(wù)執(zhí)行周期為150 ms，執(zhí)行周期定時(shí)器通過(guò)FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，單個(gè)執(zhí)行周期誤差小于5 ms，時(shí)間零點(diǎn)為2010年01月01日00時(shí)00分00秒00毫秒。系統(tǒng)軟件通過(guò)基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度分配處理器模塊的處理資源，做到對(duì)多種任務(wù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理。
地面總控通過(guò)RS422給數(shù)管模擬器發(fā)出遙控指令，CPU響應(yīng)RS422總線中斷，置串口中斷有效標(biāo)志，在主程序中，判斷中斷標(biāo)志，在處理函數(shù)中執(zhí)行相應(yīng)的指令動(dòng)作，通過(guò)不同的命令字執(zhí)行相應(yīng)的操作。

系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示，軟件開(kāi)始執(zhí)行時(shí)首先初始化系統(tǒng)的各種資源及寄存器，清看門狗后等待地面總控設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀；如果地面總控設(shè)備發(fā)送了數(shù)據(jù)幀，系統(tǒng)軟件首先解析數(shù)據(jù)幀的指令碼并根據(jù)指令碼內(nèi)容決定本周期執(zhí)行的任務(wù)。系統(tǒng)軟件只負(fù)責(zé)多任務(wù)的調(diào)度和固定時(shí)間片的分配，具體任務(wù)由應(yīng)用過(guò)程任務(wù)軟件來(lái)完成。
3．3 遙測(cè)采集模塊軟件
遙測(cè)采集模塊軟件主要完成接收遙測(cè)板發(fā)送的傳統(tǒng)遙測(cè)量，共計(jì)164個(gè)字節(jié)的遙測(cè)數(shù)據(jù)。遙測(cè)采集模塊組織這些數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送給中央處理單元。
系統(tǒng)軟件每150 ms向遙測(cè)采集模塊發(fā)送要數(shù)命令，接收到系統(tǒng)軟件發(fā)送的要數(shù)命令后遙測(cè)采集模塊開(kāi)始傳統(tǒng)遙測(cè)量的采集，組包后將數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊。系統(tǒng)軟件進(jìn)入串口中斷后，將數(shù)據(jù)包放入到下行數(shù)據(jù)幀中，并等待下行數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)執(zhí)行時(shí)，將下行數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。

4 實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證
數(shù)管模擬器的CPU模塊由TI的DSP器件TMS320F2812和512 kbit的RAM組成，與FPGA一起對(duì)各種接口進(jìn)行控制。
本文中的軟件設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用CCS3．3軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)，調(diào)試計(jì)算機(jī)使用Windows XP操作系統(tǒng)。模擬器進(jìn)行了100個(gè)小時(shí)的老練試驗(yàn)，期間進(jìn)行了遙控指令發(fā)送、姿軌控內(nèi)存數(shù)據(jù)下載、星上時(shí)間校準(zhǔn)、模擬量遙測(cè)數(shù)據(jù)采集等功能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明使用該軟件設(shè)計(jì)的數(shù)管模擬器能夠可靠、穩(wěn)定地完成模擬數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)的任務(wù)。相比傳統(tǒng)數(shù)管模擬器，基于數(shù)據(jù)包的航天器模擬器能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用程序產(chǎn)生的不同發(fā)生率和包長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)源包，簡(jiǎn)化軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高有效數(shù)據(jù)利用率。

5 結(jié)束語(yǔ)
在綜合分析了模擬器的需求后，實(shí)現(xiàn)了數(shù)管模擬器的軟件設(shè)計(jì)，其功能和性能在系統(tǒng)試驗(yàn)中得到了充分驗(yàn)證。軟件設(shè)計(jì)體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)的思想，使用靜態(tài)周期輪轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，有助于軟件任務(wù)正常執(zhí)行，使用分層設(shè)計(jì)的思想，實(shí)現(xiàn)不同信源信宿數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，有利于軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和組件化。