基于數(shù)據(jù)包的航天器數(shù)管模擬器軟件設計
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上行通道是數(shù)管模擬器接收地面總控設備發(fā)送數(shù)據(jù)幀的鏈路。如果使用傳統(tǒng)的脈沖編碼調(diào)制上行數(shù)據(jù)，航天器需要做二次設計，這樣分系統(tǒng)間遙控接口不統(tǒng)一，軟件通用化很低，這和軟件產(chǎn)品化思想背道而馳。數(shù)管模擬器與地面總控設備的上行通道協(xié)議，采用數(shù)據(jù)幀的方式進行，所有數(shù)據(jù)要求遵循表1的格式。上行數(shù)據(jù)幀根據(jù)數(shù)據(jù)幀的指令碼，共分為器上時間校準數(shù)據(jù)幀(指令碼8e55)，間接指令數(shù)據(jù)幀(指令碼d1d1)，指令組發(fā)送數(shù)據(jù)幀(指令碼5a5a)，內(nèi)存下卸數(shù)據(jù)幀(指令碼b2b2)以及1553B總線數(shù)據(jù)注入數(shù)據(jù)幀(指令碼b1b1)等。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/186899.htm
數(shù)據(jù)幀的幀頭為EB90，用于完成幀同步，長度字占用了兩個字節(jié)，表示指令碼和數(shù)據(jù)域總長度，因為每條協(xié)議都要有指令碼，因此長度字最小值為0002H。指令碼用于區(qū)分數(shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)的用途，數(shù)據(jù)域用來保存有效數(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)軟件每個任務執(zhí)行周期為150 ms，執(zhí)行周期定時器通過FPGA硬件實現(xiàn)，單個執(zhí)行周期誤差小于5 ms，時間零點為2010年01月01日00時00分00秒00毫秒。系統(tǒng)軟件通過基于時間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度分配處理器模塊的處理資源，做到對多種任務的準實時處理。
地面總控通過RS422給數(shù)管模擬器發(fā)出遙控指令，CPU響應RS422總線中斷，置串口中斷有效標志，在主程序中，判斷中斷標志，在處理函數(shù)中執(zhí)行相應的指令動作，通過不同的命令字執(zhí)行相應的操作。
系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示，軟件開始執(zhí)行時首先初始化系統(tǒng)的各種資源及寄存器，清看門狗后等待地面總控設備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀；如果地面總控設備發(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。系統(tǒng)軟件只負責多任務的調(diào)度和固定時間片的分配，具體任務由應用過程任務軟件來完成。
3．3 遙測采集模塊軟件
遙測采集模塊軟件主要完成接收遙測板發(fā)送的傳統(tǒng)遙測量，共計164個字節(jié)的遙測數(shù)據(jù)。遙測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)命令后遙測采集模塊開始傳統(tǒng)遙測量的采集，組包后將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊。系統(tǒng)軟件進入串口中斷后，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)送任務執(zhí)行時，將下行數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。
4 實現(xiàn)與驗證
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一起對各種接口進行控制。
本文中的軟件設計使用C語言來實現(xiàn)，使用CCS3．3軟件開發(fā)環(huán)境開發(fā)，調(diào)試計算機使用Windows XP操作系統(tǒng)。模擬器進行了100個小時的老練試驗，期間進行了遙控指令發(fā)送、姿軌控內(nèi)存數(shù)據(jù)下載、星上時間校準、模擬量遙測數(shù)據(jù)采集等功能測試。測試結(jié)果表明使用該軟件設計的數(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。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不同的應用程序產(chǎn)生的不同發(fā)生率和包長度的數(shù)據(jù)源包，簡化軟件的開發(fā)過程，提高有效數(shù)據(jù)利用率。
5 結(jié)束語
在綜合分析了模擬器的需求后，實現(xiàn)了數(shù)管模擬器的軟件設計，其功能和性能在系統(tǒng)試驗中得到了充分驗證。軟件設計體現(xiàn)了模塊化設計的思想，使用靜態(tài)周期輪轉(zhuǎn)的方式實現(xiàn)任務的調(diào)度，實現(xiàn)起來比較簡單，有助于軟件任務正常執(zhí)行，使用分層設計的思想，實現(xiàn)不同信源信宿數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，有利于軟件的標準化和組件化。
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