基于可不断电维修的双机容错系统

对单个单片机控制系统可靠性不高的问题,提出了一种由双单片机构成容错系统的实现方法.在该系统中,用串行通讯技术,通过采集对方I/O输出,与自身的I/O输出值作比较,实现双单片机的故障互检;利用地址译码技术,设计仲裁切换模块,完成故障隔离;故障机修复后,通过回读对方执行程序的任务编号,达到双机同步控制,完成系统重构,实现对故障单元的不断电维修.通过对模拟机的实验表明,此控制系统能对运行中的错误实现实时的双机互检,且具有在线热插拔功能.     

基于通用I/O接口的CAMAC总线控制单元简化设计

为了减小系统规模,有效降低成本,分析了CAMAC标准总线信号构成,用分离TTL逻辑电路产生了6类总线信号,实现了CAMAC总线控制单元简化设计,详细说明了硬件电路设计原理和软件子程序设计。该CAMAC总线控制单元可以由通用I/O接口实现总线的读写控制。应用结果表明,该设计稳定可靠,方便进行模件检测或搭建小型应用系统。     

基于马尔可夫链的空间站推进1553B通信系统可靠性分析

推进功能的正常实现为空间站长期在轨运行提供重要保障。1553B通信系统作为推进功能的重要组成部分,承担着推进系统与外界进行数据交互的任务,其可靠性设计至关重要。为提高1553B通信系统可靠性,分别对包含数据隔离芯片在内的远程终端及其处理器进行双余度冗余设计。本文通过建立故障树对1553B通信系统可靠性进行分析,并引入平均无故障时间、可靠度等定量指标,基于马尔科夫链建立可靠性模型进行定量计算。结果表明,1553B通信系统平均无故障时间增加1.947倍,可靠度增长3.89%,故障概率则下降超98%,由此验证了双余度冗余设计能够有效地提升1553B通信系统的可靠性。     

卫星反作用飞轮总线化驱动及可重构性

通过研究卫星反作用飞轮的总线化伺服驱动及其系统重构问题,构建了可靠的无刷直流电动机功率驱动主回路,研制了可以采样三相绕组电流的磁感应式传感器及泵生电压自动抑制电路。对普通的M/T测速算法进行了改进,并仅以两组相互备份的六个位置传感器完成了数字转速测量和换相控制。规划了现场总线协议,设计了总线式的全数字化飞轮力矩/速度双模式伺服驱动器的知识产权内核及系统级专用芯片,构造了冗余型可重构控制器,提出了多种重构方案以及相应的实现算法。在现场可编程门阵列工艺中最终实现了飞轮的片上伺服系统;测试结果表明,该系统在整个四象限区域内均具有良好的动态和静态运行性能。     

基于HPI的神经网络图像匹配多处理机系统

针对嵌入式图像匹配计算特点,采用TMS320C6X系列处理器作为并行神经处理单元,设计了 一种基于TMS320C6X系列处理器HPI(Host-Port-Interface)互连的神经网络图像匹配多处理机系统,在这种并行计算系统中,包括一个主控计算单元和三个并行神经计算单元,主控计算单元通过HPI接口与各个神经匹配处理单元直接连接,通过HPI接口,主控计算单元可以直接访问各个神经元的片上和片外存储器,实现实时图像数据的直接转发和神经元中间运算结果的读取.理论分析表明,该设计可有效优化神经计算结构,提高图像匹配的实时性.      

面向宇航应用的高可靠SoC异常处理系统设计

实现了面向宇航应用的高可靠SoC异常处理系统软硬件设计.为提高可靠性，将处理器及异常处理系统寄存器进行冗余设计，对SoC片上SRAM及各外设存储模块引入EDAC检错/纠错(纠一检二)机制.采用中断控制器统一管理众多的外设中断请求，对数据/指令的EDAC校验一位错和二位错异常，引入不同的硬件处理机制.一位错可通过EDAC逻辑纠正，不影响处理器正常运行，通过中断控制器以异步异常方式处理；二位错不能被EDAC逻辑纠正，影响处理器指令执行，通过总线反馈信号以精确同步异常方式处理，保证了异常响应的效率和系统可靠性.仿真验证结果表明，该异常处理系统可正确处理SoC众多外设和处理器内部异常.本文中的设计方法对高可靠处理器异常处理系统设计具有一定的参考价值.     

基于COTS的拖靶测控台设计

针对拖靶系统测控台多功能、高可靠、小质量、小体积、低功耗、低成本的要求,采用商用的现成产品（COTS）设计了拖靶测控台。该设备以PC/104为基础,构建了系统硬件工作平台,对CPU、I/O、GPS、数传电台、电源等模块进行了选型设计。以商用DOS系统为底层操作系统,实现了指令采集与状态显示、指令容错编码、实时大数据量接收与存储、数据下载与程序装订等功能。综合运用中断、多级缓冲等机制,实现了系统的正确可靠运行。试验表明系统功能完善,满足拖靶测控台的设计使用要求。     

工业现场总线技术的新进展

对工业现场总线国际标准进行了简要综述,介绍了FF,Profibus,CAN,DeviceNet等几种在国内影响较大的现场总线的发展动态,重点探讨了工业以太网领域中出现的竞争情况.在分析总结工业总线技术发展新特点的基础上,提出了国内在应用现场总线时应注意的问题.      

一种低成本高可靠的星载计算机存储器容错方法

星载计算机应用中，高可靠和低成本往往相互矛盾.传统计算机系统通过采用高等级器件的方式来提高系统可靠性，但代价是成本高昂.商业卫星采用降低元器件等级的方式来降低系统成本，但可靠性也随之降低.针对这一矛盾，提出了一种设计方法：利用低等级元器件，通过对程序存储器和数据存储器双冗余的方式来提高计算机存储器的可靠性、容错能力以及抗空间环境能力.采用本设计的计算机其存储器部分的可靠性与传统宇航计算机相当，成本与商业卫星计算机相当，实现了低成本与高可靠兼顾.     

用于空间站的四重冗余对接控制系统设计

针对空间站所处太空环境的特殊性、对接机构对空间站正常运行的重要性,以及对航天器可靠性要求日益增加的问题,提出在对接控制系统中增加可靠性设计,实现整个机构的高质量、平稳运转。在完成正常控制功能的基础上,在系统中采用了四重冗余的工作机制,包括主备机双热备份、自动/手动控制模式切换、自动控制关闭指令双线发送和工作模式的三取二判断,对四重冗余设计的具体判断流程进行了详细地解释。对控制系统软件进行仿真验证,结果表明：由本文所述方法设计的对接控制系统具有高可靠性和故障容错能力。     

风云二号卫星 CDAS 编码遥测机的设计

ＦＹ－２气象卫星指令与数据获取站（ＣＤＡＳ）中的编码遥测机作为卫星监测系统,解调卫星的编码遥测信号,实时获取星上编码遥测数据,以便分析和掌握整个卫星的工作情况,对卫星进行正确的管理和使用。解调后的数据也送到运行控制中心（ＳＯＣＣ）。采用双机热备份提高系统的可靠性。给出设计可靠的编码遥测地面系统的方法,包括副载波解调、ＩＲＩＧ－Ｂ型时统码解调、帧同步锁定,用计算机实时分析遥测数据等。     

The PAMELA Storage and Control Unit

The PAMELA experiment aims to measure with great precision the antimatter present in our Galaxy in the form of high energy particles; in the same time it will measure the galactic, solar and trapped components of cosmic rays. The experiment will be housed on board a Russian Resurs-DK1 satellite and launched in the year 2005 to fly a 350–600 km orbit with an inclination of 70.4°. All operations of the instrument – including data storage – are handled by the PAMELA Storage and Control Unit (PSCU), which is divided in a Central Processing Unit (CPU) and a Mass Memory (MM). The CPU of the experiment is based on a ERC-32 architecture (a SPARC v7 implementation) running a real time operating system (RTEMS). The main purpose of the CPU is to handle slow control, acquire and store data on a 2 GB MM. Communications between PAMELA and the satellite are performed via a 1553B bus. Data acquisition from the sub-detectors (Time-of-Flight counter, Magnetic Spectrometer, Electromagnetic Calorimeter, Anticoincidence shield, Neutron Detector, and Bottom scintillator S4) is performed via a 2 MB/s interface. Download from the PAMELA MM towards the satellite main storage unit is handled by a 16 MB/s bus. The daily amount of data transmitted to ground has been evaluated in not more 20 GB. In this work, we describe the CPU of the experiment and the general software scheme.     

基于CAN总线的虚拟仪器在多电机控制中的应用

将虚拟仪器的概念应用到多电机控制系统中,对电机的运动轨迹、电流特性进行实时监控以达到最优控制.采用基于CAN(Controller Area Network)总线的主从式分布结构,在产品研发过程中虚拟仪器取代电机控制中心成为主节点,完成对各个电机控制单元的调试和测量.利用CAN卡和Visual Basic完成了虚拟仪器系统的开发,实现了电机控制算法的实时调节、控制效果的数字化和图形化评估、DSP(Digital Signal Processor)和FPGA(Field Programmable Gate Array)程序的在系统升级以及各种测试环境的模拟,显著提高了某型号X光机的研发效率和产品质量.     

基于云计算的航天器控制系统自组织体系结构

针对目前航天器控制系统中计算单元冗余备份过多但系统动态效能不足的问题,提出一种航天器控制系统自组织体系结构,通过高速对等网络将系统建立在云计算的基础上,取消单节点的冗余备份,以系统整体能力为单个节点做备份,当出现节点故障时动态迁移其程序和数据到其他正常节点以继续其功能,从而实现系统在故障时计算体系的动态聚合重构.     

SFODB总线在飞行器数据管理中的应用探讨

SFODB(Spaceborne Fiber Optic Data Bus)的提出主要是为解决飞行器内部有效载荷数据率日益提高这一迫切问题,它是一种基于商用异步传输模式(ATM)的高速航天数据总线技术,适合于空间探测器的海量数据包传输.其物理拓扑是由光纤链路连接多个FBIU单元以及单个CFBIU单元组成的环形网络,各节点之间的距离不超过100m,基本数据率可从200Mbit·s-1变化至1Gbit·s-1,并具有极高的实时性和可靠性,相比其他总线网络规模小,性能更优.针对SFODB的特性,分析了其发展现状和技术途径,提出了一种在飞行器内部采用SFODB总线作为主干网的数据网络架构,该网络能完成飞行器内部不同数据率载荷的分类分层可靠传输.在此基础上对SFODB的研究与应用提出了建议.      

CPU仿真器MCS中存贮结构仿真的实现

仿真器是进行硬件设计评估,系统软件设计开发和计算机体系结构研究的有力工具,而对内存的仿真是系统级仿真器的重要组成部分,其仿真效率直接影响整个仿真器的性能.以一款基于VLIW(超长指令字)结构的CPU仿真器——MCS为例,研究了高效内存仿真的实现方法.MCS为目标应用程序提供了一个仿真运行平台,从而达到评估CPU设计,分析指令效率,支持编译系统调试的目的.      

复杂工程系统综合设计优化环境

建立了系统整合、流程统一、参数优化、协同设计的综合设计优化环境.通过 分析复杂工程系统的特点,建立了具有高可扩展性的多层体系架构.阐述了组成该环境的4 个关键模块:项目组织与管理模块,保证项目进度和质量;以设计结构矩阵为表达形式、以 工作流参考模型为运行机制的过程建模与执行模块,提供跨部门的任务流转;基于组件技术 ,实现人员、数据和工具在网络上紧密集成的设计任务单元模块,为系统设计提供简洁一致 的任务模型;以产品数据管理(PDM,Product Data Management)为信息基础结构的产品数 据模型,提供单一数据源.最后给出了技术实现和运行机制.该环境的原型系统已成功地经 过了气动、结构、控制和总体设计等领域的设计与优化技术测试试验.      

基于冗余主从节点架构的飞行器遥测参数采集系统研究

基于冗余主从节点架构，设计了一种器载遥测参数采集系统，承担信息汇总功能的中心节点采用双机热备份，在出现故障时经自主判别和切换，可实现控制权快速切换，提高了系统的可靠性和重构性。采编单元的供电与信号采集模块采用一体化设计，降低了配套电缆网设计难度和重量。测试结果表明，该系统能有效地满足航天飞行器遥测参数隔离采集、传输和故障隔离的要求，实现遥测参数的高可靠、高精度采集和传输，对于工程应用具有一定的参考意义。