基于Jetson TX2处理器的星载操作系统设计与验证

面向高可靠、高性能、生态优良、自主可控的星载操作系统需求,文章基于英伟达人工智能升级版(Jetson TX2)处理器对Linux操作系统进行了空间环境下可靠启动、高速数据传输、智能应用框架的改进设计。在可靠启动方面,设计了Linux内核和文件系统4份冗余结构,实现了操作系统的可靠启动和数据自主恢复策略。在高速数据传输方面,开展了高速串行传输接口(PCIE)数据传输的双缓冲区设计,改进了高速接口数据的传输性能。在好用易用方面,设计了智能应用管理框架,实现了App上注及App全生命周期管理模式。经过在Jetson TX2硬件平台测试验证,结果表明：改进后的星载操作系统支持内核、文件系统故障情况的可靠启动及主动恢复,PCIE高速数据传输速率大幅提升,智能应用管理支持128种不同功能App上注及加载运行,可为天基高速计算系统应用设计提供参考。     

基于扩展块的星载软件控制流容错评价方法

空间环境因素引发的星载软件瞬态的控制流错误可能对系统执行效能造成严重影响,为避免容错算法存储开销和执行开销给系统带入过多的计算压力,提出在容错算法开销和所取得的系统的可靠性提升上取得一定折衷,这是星载软件可靠性设计的合理方向。设计了一种适合于弹性添加容错代码的容错方法:扩展块数字签名的控制流检测方法ESCFC(Extend block Signatures for Control Flow Checking)。由空间高能粒子的实验结果和在轨实测结果为系统可靠度建模,提出了算法开销和可靠性效能提升的平衡关系的工程参考和理论依据。定性分析和模拟,充分说明了将该方法运用于航天工程的可行性。     

支持多核处理器的星载分区操作系统设计

针对星载处理器由单核向多核发展的趋势和当前没有针对航天应用的星载多核操作系统、卫星无法发挥多核处理器性能优势的问题,文章研究了适用于航天任务的星载多核分区操作系统。设计了一种支持多核处理器的星载操作系统结构,采用多核处理器动态调度和静态调度相结合的方法,实现了星载多核处理器高效实时调度与确定性调度。通过分区管理设计,实现分区间隔离与保护,避免软件问题扩散影响其他功能。该系统还具有支持星载应用(APP)动态加载、通过软件构件技术实现星载应用快速组装与集成的特点,可为航天任务应用多核处理器提供安全可靠的软件运行平台,满足未来航天新型任务和多核处理器的需求。     

时间触发型FlexRay总线星载应用研究

提出将具备时间触发特征的新一代车载总线FlexRay引入小卫星星上电子系统,分析了FlexRay总线访问机制、数据帧结构、容错特性、网络时间同步等对星载应用的适应性,并给出基于该总线的星载网络设计及应用思路,对星载网络拓扑结构、节点信息传递方式、总线通信应用协议、网络节点实现等进行了初步设计,可为该总线的星载应用提供一定的技术参考。     

基于扩展块的星载软件控制流容错评价方法

空间环境因素引发的星载软件瞬态的控制流错误可能对系统执行效能造成严重影响，为避免容错算法存储开销和执行开销给系统带入过多的计算压力，提出在容错算法开销和所取得的系统的可靠性提升上取得一定折衷，这是星载软件可靠性设计的合理方向。设计了一种适合于弹性添加容错代码的容错方法：扩展块数字签名的控制流检测方法ESCFC（Extend block Signatures for Control Flow Checking）。由空间高能粒子的实验结果和在轨实测结果为系统可靠度建模，提出了算法开销和可靠性效能提升的平衡关系的工程参考和理论依据。定性分析和模拟，充分说明了将该方法运用于航天工程的可行性。     

星载实时微内核操作系统的CPU调度

现代小卫星的重要特点之一是要实现卫星的自主运行。作为其控制核心的星载自主计算机操作系统的性能至关重要。当今 操作系统的发展趋势是采用微内核体系结构。它具有微型化，模块化，可移植性可扩充性等优点。ＣＰＵ调度是影响操作系统性能的关键因素。当前的微内核操作系统基本上只提供几种简单的调度策略，如ＦＩＦＯ，循环反馈等。这些都难以满足卫星系统在特定的时间内对外界作出响应的实时要求。为此，本文设计了一个新的ＣＰ     

新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证

介绍了新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证情况。姿轨控分系统具备任意目标凝视跟踪、条带拼接成像、主动推扫成像等姿态控制功能。通过基于操作系统的姿轨控应用软件架构设计和基于动态链接库的在轨编程设计,首次实现基于操作系统的星载应用软件并行开发。通过一个软件配置项实现双星功能,解决了双星研制周期短、工作模式复杂等问题。给出了卫星在轨运行的部分曲线和数据,可为遥感卫星姿轨控系统设计提供参考。     

基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件设计

为同时满足对于星务管理数据和高速载荷数据的传输要求,国内外的飞行器趋于使用1553B和SpaceWire组合网络来进行星上数据传输.复杂而灵活的数据传输要求使得卫星数据流设计中引入了大量标准协议,同时大大增加了星载数据管理软件的复杂度.对一种基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件的协议体系进行了介...     

基于虚拟化技术的数值仿真与中央监控系统网络设计

“数值仿真与中央监控系统”作为国家大科学工程项目“空间环境地面模拟装置”的分系统，为装置提供数据采集、实验和安全监控、集中展示、数据存储、运行管理、数值仿真、数据共享以及配套系统的监管等服务。文章基于各类业务在网络中的承载需求，针对系统网络涉及业务种类繁多、数据量大、网络规模复杂等特点，采用星型拓扑结构，各节点采用双设备部署，防火墙采用Acitve-Acitve路由方式部署，利用网络虚拟化技术对网络进行横向融合和纵向隔离，构建了多业务统一承载的数值仿真与中央监控系统网络。该设计简化了网络规划，提升了网络带宽，增强了网络的可靠性和安全性，最终实现在一张物理网络中为各类实验业务提供差异化网络服务。     

一种星载计算机操作系统容错引导算法研究

将软件冗余备份与SPARC V8构架芯片EDAC相结合,提出了一种新型星载计算机操作系统容错引导算法。该算法首先在EEPROM中备份三份操作系统文件,星载机上电或复位后,利用硬件EDAC功能对引导的操作系统文件进行错误检测及纠错,当检测主操作系统文件错误并且无法纠错时,则屏蔽错误操作系统文件自动引导备份操作系统文件,星载机仍可正常启动。与目前采用的硬件编码容错技术及软件冗余容错算法相比,该算法在有效降低硬件成本和软件消耗的同时,实现了对操作系统文件的检错纠错及错误屏蔽功能,提高了操作系统数据的可靠性。该算法可以为星载机容错设计提供参考。