CN104090788B - 一种基于载荷的星载软件配置和运行方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于载荷的星载软件配置和运行方法，包括：上电复位或非上电复位后初始化***;S1：判断复位类型是否为上电运行复位；是，则遥感状态字初始化，进步骤S6；否，则进步骤S2；S2：判断复位原因是否为调试复位；是，则进步骤S3；否，则进步骤S4；S3：判断标志位内容是否为预设字符；是，则启动调试模块；否，则进入S4;S4：判断预设时间内非上电复位次数是否大于预设次数；是，则进步骤S5；否，则进步骤S6；S5：开启最小模式；S6：开启加载模式。本发明用于解决空间环境下计算机控制软件日趋复杂及庞大的问题。调试模块仅存在于地面研制周期，在轨运行阶段不予安装。

Description

一种基于载荷的星载软件配置和运行方法及***

技术领域

本发明涉及一种基于载荷的星载软件配置和运行方法及***。

背景技术

在恶劣的空间环境中存在着高能粒子的辐射、真空、太阳耀斑以及高低温差等不利因素，会使得存储软件的存储介质以及运行软件的运行介质之类的电子产品出现各类瞬间或者永久的故障。在这种前提下，计算机需要采用高可靠的存储介质以及备份手段来提高存储环境的可靠性以及安全性。在存储介质或者运行介质的局部模块失效或者瞬时位翻转的故障情况下，可以通过有效的手段装载控制载荷软件。

随着前星载计算机的控制软件的需求已越来越复杂，难度也越来越大。导致星载计算机控制软件也高度复杂，最终的载荷程序即可执行代码也越来越庞大，传统的PROM存储介质加SRAM运行模式已不能满足目前的需求，外加空间的特殊环境。因此需要一种既能高可靠、高安全的存储载荷程序，又能存储日趋庞大载荷程序和高效的运行载荷程序。

目前是通过堆积PROM的数量来解决庞大的载荷程序的问题，即载荷程序多大，就配备相对应大小的PROM的块数。但此种设计大大提高了星载计算机的生产成本和研发风险，无论是需求的更改或者固化所带来的风险都是毁灭性的；同时此种设计并不能实质性同时解决载荷软件复杂度以及高效运行的问题，反而会使得载荷软件运行效率降低，在控制计算机低效率的运行状况下更容易产生运行故障。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于载荷的星载软件配置和运行方法，包括以下步骤：

S0：上电复位或非上电复位后初始化***;

S1：判断复位类型是否为上电运行复位；是，则遥感状态字初始化，进入步骤S6；否，则进入步骤S2；

S2：判断复位原因是否为调试复位；是，则进入步骤S3；否，则进入步骤S4；

S3：，判断标志位的内容是否为预设字符；是，则启动调试模块；否，进入S4;

S4：判断预设时间内非上电复位次数是否大于预设次数；是，则进入步骤S5；否，则进入步骤S6；

S5：开启最小模式；

S6：开启加载模式。

进一步地，所述步骤S5具体包含：

S501，开启飞行器对日定向程序；

S502，注入新载荷软件。

进一步地，所述步骤S6具体包含：

S601：从三个不同位置按字方式读取三份固化的载荷软件；

S602：按位对所述三份载荷软件实施三取二进行选择，并将选择结果加载入SRAM，完成一次加载；

S603：对一次加载中为SRAM加载的所述载荷软件进行校验；校验正确，则跳转指针执行所述载荷软件；校验错误，则进入步骤S604;

S604：依次将固化的三份载荷软件加载入SRAM有效载荷数据区1进行校验；当一份载荷软件校验正确时，停止后续载荷软件的加载，跳转指针执行所述校验正确的载荷软件；三份载荷软件全部校验错误，则进入所述步骤S5。

进一步地，步骤S3中所述标志位用于标识PROM中是否装载调试模块：

当PROM中装载有调试模块时，所述标志位内容为所述预设字符；

当PROM中未装载调试模块时，所述标志位内容为与所述预设字符不相同的任意字符。

进一步地，包括：

SRAM：用于程序运行中载荷软件和临时文件存储的存储介质；

PROM：用于固化基本输入输出管理软件的存储介质；

EEPROM：用于固化载荷软件的大容量存储空间；

调试通讯口:用于调试状态下接收调试程序注入的数据通讯接口；

总线通讯口:用于接收载荷软件注入的数据通讯接口。

进一步地，所述PROM中的基本输入输出管理软件包含调试模块、最小模块、加载模块；通过在PROM中定义独立的链接数据段为所述调试模块在PROM中设置独立的物理地址空间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种基于载荷的星载软件配置和运行方法及***可以提供简单可靠的软件装载、配置以及运行方法，用于解决空间环境下计算机控制软件日趋复杂及庞大的问题。提供了一种既能高可靠、高安全地配置载荷程序，又能在灵活适应日趋庞大的载荷程序中保持高效软件运行的配置方法和***。

其中调试程序作为管理软件的一部分进行编写、调试，通过空间位置的分离消除调试模块对管理软件中其他程序的数据环境依赖，并以不同的存储芯片实施固化。调试模块仅存在于地面研制周期，在轨运行阶段不予安装。由此在实现地面调试、程序固化便利的同时达到在轨无多余程序的技术效果。

附图说明

图1为一种基于载荷的***；

图2为一种基于载荷的星载软件运行流程；

图3为按位三取二读取EEPROM中载荷软件的流程；

图4为重新读取EEPROM中载荷软件的流程。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例：

一种基于载荷的星载软件配置和运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

S010：上电复位或非上电复位后初始化***;

S110：判断复位类型是否为上电运行复位；是，则遥感状态字初始化，进入步骤S610；否，则进入步骤S210；

S210：判断复位原因是否为调试复位；是，则进入步骤S310；否，则进入步骤S4；

S310：判断标志位的内容是否为预设字符0XFACEFACE；是，则启动调试模块；否，则进入S410；

S410：判断预设时间内非上电复位次数是否大于3；是，则进入步骤S510；否，则进入步骤S610；

S510：开启最小模式；

S610：开启加载模式。

如图1所示，本发明还对应一种基于载荷的***，其特征在于，包括：

SRAM：用于程序运行中载荷软件和临时文件存储的存储介质；

PROM：用于固化基本输入输出管理软件的存储介质；

EEPROM：用于固化载荷软件的大容量存储空间；

调试通讯口:用于调试状态下接收调试程序注入的数据通讯接口；

总线通讯口:用于接收载荷软件注入的数据通讯接口。

所述PROM中的基本输入输出管理软件包含调试模块、最小模块、加载模块；通过在PROM中定义独立的链接数据段为所述调试模块在PROM中设置独立的物理地址空间。

本实施例中设定复位类型包括上电运行复位和非上电运行复位。

其中，上电运行复位，第一次上电运行时进行复位。非上电运行复位又包括：调试复位，在对***进行调试时进行复位；软件复位，软件运行过程中出现故障进行复位；不可恢复故障复位，在半小时内软件复位超过3次判定为不可恢复故障复位。

如图2所示的流程以及步骤S010，首先是上电复位或非上电复位。其中所述上电复位时***初始化包括内存初始化，绑定异常处理，软件初始化，硬件初始化。硬件初始化又包括整机复位、清零，功能板中断，关闭所有路喷气等操作。

本实施例的PROM中基本输入输出管理软件（BIOS）具有三中模式，分别为调试模式、最小模式、加载模式。

复位之后就进入步骤S110、S210、S310、S410，都是在对复位类型进行判断。若是上电复位，则直接在对遥感状态字初始化后开启加载模式，对***进行加载。若是调试复位，则进入调试模式，对***进行调试。若是软件复位，则直接开启加载模式。若是不可恢复故障复位，即半小时内软件复位超过3次后，则开启最小模式。

其中，最小模式开启后***立即与测量敏感器、执行机构建立通讯，开启飞行器对日定向程序，完成空间飞行器的对太阳定向，保障飞行器能源。除此之外，***还向地面发送注入新载荷软件的请求指令，通过总线通讯口完成新载荷软件的注入，将新载荷软件写入SRAM中有效载荷数据区1或2，执行注入的新载荷软件。

传统的星载软件中BIOS一般有两种方案设定，第一种是不安装调试模块，第二种是将调试模块与其他模块固化在一起。第一种BIOS具有减少内存占用提高运行速度的优势，但在调试时需要先注入调试程序再注入载荷软件，注入调试程序的过程极为耗时且操作复杂。而第二种BIOS虽然在调试过程中快速省时且操作简易，但由于PROM存储容量较小，附加的调试模块增大了BIOS的大小，增加了内存占用量使运行速度受到影响。特别是在不需要使用调试模块的情况下，第二种BIOS长期处于浪费PROM内存的状态。

与传统星载软件中的BIOS相比较，本发明由于调试模块在PROM中是具有独立的链接数据段的，即在PROM中相对于其他模块具有独立的物理地址空间，所以调试模式对BIOS中的其他程序的数据环境无依赖性。调试模块仅存在于地面研制周期，在轨运行阶段不予安装。实现了保证地面调试、程序固化便利的同时做到在轨无多余程序。本发明中将调试模块与其他模块分别固化与两块不同的存储芯片上，有利于对调试模块的分离或消除。本发明同时吸取了上述两种传统的星载软件中BIOS的优势，灵活适应星载软件***的使用要求。

地面研发期间，本***以程序链接方法将调试模块固化与PROM中，通过总线通讯口注入用于调试的载荷软件，BIOS将该载荷软件装载入SRAM中对***进行调试。在调试阶段结束后，极少或不需要对***进行调试时，拆除BIOS中的调试芯片，减少PROM芯片的使用，并避免带有多余的程序在轨运行。如果去除调试模块后再次需要对***进行调试，则通过调试通讯口向***注入调试程序，如上述第一种传统BIOS的流程对***进行调试。由于此时已经不需要频繁进行调试了，所以并不会带来太多的时间损耗问题。

在步骤S310中，所述标志位就是用于标识PROM中是否装载调试模块。本实施例中，设定为在研发调试阶段，PROM中装载有调试模块时，所述标志位内容为0XFACEFACE。调试阶段结束后，PROM处于未装载调试模块的状态，所述标志位内容为0000000000。通过检测判断标志位的内容，就可以获得是否装载调试模块的信息。

步骤S310在调试结束后从总线通讯口注入载荷软件，BIOS将该载荷软件固化于EEPROM中，并且设置为在EEPROM的三个不同位置固化同样的载荷软件。EEPROM为一次性断融方式存储，为载荷软件的准备存储提供更高的保障。

如图2所示，在第一次上电和非上电复位次数小于等于3时，开启加载模式，如步骤S610。加载模式下的操作见图3和图4。

首先，如图3所示按位实施三取二，将取得的载荷软件写入SRAM中有效载荷数据区1中。BIOS从EEPROM的三个不同位置按字读取出三份载荷软件，对读取的数据按位三取二的方式将比较结果加载入SRAM中，实现最大程度的数据纠错。在为SRAM加载成功完整载荷软件后，设定完成一次加载。为保证加载过程的有效性，在完成载荷软件的一次加载后，对一次加载的载荷软件实施循环冗余校验。

如图4所示，循环冗余校验一般采用CRC校验，将一次加载的载荷软件与存于EEPROM中的校验位进行数值比对。若CRC校验正确，BIOS释放软件控制权，并将PC指针置于SRAM中存储载荷软件的首个有效地址。若CRC校验不正确，BIOS开始进行二次加载，依次将固化的三份载荷软件加载入SRAM有效载荷数据区1进行校验。每次加载一份完整的载荷软件，存储于SRAM的有效载荷数据区1中，将这份载荷软件与存于EEPROM中的校验位进行CRC校验。当遇到一份载荷软件校验正确时停止后续载荷软件的加载，二次加载结束。跳转指针执行所述校验正确的载荷软件。若三份载荷软件全部校验错误，则启动最小模式。

BIOS可通过宏编译选项完成对软件功能、程序空间的配置。BIOS安排了独立的装载区, 宏选择编译后的BIOS采用各自定义的装载区进行载荷软件的装载。宏选择编译的方法同时可根据应用要求定制相应功能的BIOS。本发明中的BIOS支持宏定义方式的选择编译，可实现采用已固化的BIOS对更新后的BIOS进行装载调试，新版本BIOS仍可再次装载新的BIOS。这种设置有利于软件的更新与升级，可以更灵活地适应现阶段日益庞大的数据存储与软件运行需求。

本发明中星载软件的硬件载体配置采用反熔丝工艺的高可靠PROM固化基本输入输出管理软件，并扩展大容量的存储器EEPROM或FLASH作为载荷数据的存储宿主，配置程序运行空间SRAM，具备调试接口和与大***的通讯能力。

星载软件的硬件载体需提供设备启动的条件状态，在本发明的实施例中，硬件设备提供了包括上电复位标识，上电复位电路工作计数，处理器芯片复位计数，调试口工作启动计数。管理软件通过计数值得变化识别软件的复位原因，从而进行不同的操作。

本发明定义星载软件 “有效载荷”是针对不同应用通过分离软件或程序的数据环境实现各软件独立运行。实施“有效载荷”的星载软件管理方法如下：

采用全局变量建立独立的数据环境；

采用独立编译建立独立的数据环境；

采用***调用共享管理软件的数据环境。

通过上述方法建立的独立数据环境，使多“载荷”数据具备独立运行能力。因此，管理软件可选择“载荷”装载，减小了所需的运行内存，避免了程序异常故障下“跑飞”至无效“载荷”。

将启动加载程序的首地址映射于处理器的复位首地址。处理器上电后进入启动加载程序，完成硬件初始化，软件环境初始化，并进行处理器复位原因的识别，启动加载程序利用硬件提供的多路径上电计数，并根据计数值识别上电复位原因。硬件接口提供的四个复位通道的计数标识分别是：调试口复位计数器、处理器复位反馈计数器、上电复位计数器、功能逻辑驱动复位。

星载计算机通过功能逻辑端口向软件提供硬件通道的复位计数，根据复位计数，软件可识别处理器本次复位启动的原因。判定条件如下。

上电复位：上电复位计数器计数，功能逻辑驱动复位计数器计数，调试口复位无计数，处理器复位反馈计数，此情况判定为上电复位条件。

软件复位：上电复位计数器，功能逻辑驱动复位计数器，调试口复位计数器均未计数，仅处理器复位反馈计数器计数，此情况判定为软件复位。

调试复位：上电复位计数器，功能逻辑驱动复位计数器均未计数，调试口复位计数器，处理器复位反馈计数器发生计数，此情况判定为调试复位。

不可恢复故障复位：软件复位大于四次条件时判定为不可恢复故障复位。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此。任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于载荷的星载软件配置和运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

S0：上电复位或非上电复位后初始化***；

S1：判断复位类型是否为上电运行复位；是，则遥感状态字初始化，进入步骤S6；否，则进入步骤S2；

S2：判断复位原因是否为调试复位；是，则进入步骤S3；否，则进入步骤S4；

S3：判断标志位的内容是否为预设字符；是，则启动调试模块；否，进入S4；步骤S3中所述标志位用于标识PROM中是否装载调试模块：

当PROM中装载有调试模块时，所述标志位内容为所述预设字符；

当PROM中未装载调试模块时，所述标志位内容为与所述预设字符不相同的任意字符；

其中，通过在PROM中定义独立的链接数据段，为所述调试模块在PROM中设置独立的物理地址空间；地面研发期间，将调试模块固化在PROM中，在调试阶段结束后，拆除调试模块；

S4：判断预设时间内非上电复位次数是否大于预设次数；是，则进入步骤S5；否，则进入步骤S6；

S5：开启最小模式；

S6：开启加载模式；

所述步骤S5具体包含：

S501，开启飞行器对日定向程序；

S502，注入新载荷软件；

所述步骤S6具体包含：

S601：从三个不同位置按字方式读取三份固化的载荷软件；

S602：按位对所述三份载荷软件实施三取二进行选择，并将选择结果加载入SRAM，完成一次加载；

S603：对一次加载中为SRAM加载的所述载荷软件进行校验；校验正确，则跳转指针执行所述载荷软件；校验错误，则进入步骤S604；

S604：依次将固化的三份载荷软件加载入SRAM有效载荷数据区1进行校验；当一份载荷软件校验正确时，停止后续载荷软件的加载，跳转指针执行所述校验正确的载荷软件；三份载荷软件全部校验错误，则进入所述步骤S5。

2.一种基于载荷的***，其特征在于，包括：

SRAM：用于程序运行中载荷软件和临时文件存储的存储介质；

PROM：用于固化基本输入输出管理软件的存储介质；

EEPROM：用于固化载荷软件的大容量存储空间；

调试通讯口:用于调试状态下接收调试程序注入的数据通讯接口；

总线通讯口:用于接收载荷软件注入的数据通讯接口；

所述PROM中的基本输入输出管理软件包含调试模块、最小模块、加载模块；

其中，通过在PROM中定义独立的链接数据段，为所述调试模块在PROM中设置独立的物理地址空间；地面研发期间，将调试模块固化在PROM中，在调试阶段结束后，拆除调试模块；

通过判断标志位的内容是否为预设字符来启动调试模块；所述标志位用于标识PROM中是否装载调试模块：

当PROM中装载有调试模块时，所述标志位内容为所述预设字符；

当PROM中未装载调试模块时，所述标志位内容为与所述预设字符不相同的任意字符；

所述最小模块用以实现步骤S5，所述步骤S5包括S501-S502：

S501，开启飞行器对日定向程序；

S502，注入新载荷软件；

所述加载模块用以实现步骤S6，所述步骤S6包括S601-604：

S601：从三个不同位置按字方式读取三份固化的载荷软件；

S602：按位对所述三份载荷软件实施三取二进行选择，并将选择结果加载入SRAM，完成一次加载；

S603：对一次加载中为SRAM加载的所述载荷软件进行校验；校验正确，则跳转指针执行所述载荷软件；校验错误，则进入步骤S604；

S604：依次将固化的三份载荷软件加载入SRAM有效载荷数据区1进行校验；当一份载荷软件校验正确时，停止后续载荷软件的加载，跳转指针执行所述校验正确的载荷软件；三份载荷软件全部校验错误，则进入所述步骤S5。