【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及星载电子设备，具体地，涉及一种基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统和设备。
技术介绍
1、从2010年开始，美国空军研究实验室和工业界开展空间系统组件之间互联定义标准化工作，即“下一代空间互联标准(next generation space interconnect standard，简称ngsis)”，旨在消除传输带宽带来的壁垒和约束。ngsis采用的体系结构方法是以适当且经过验证的行业标准作为基础，进一步开发扩展功能以满足空间应用需求。spacevpxvita78规范(american national standards institute ansi/vita 78.00-2015spacevpxsystem)是第一个专门为空间应用开发的开放性标准，以openvpx标准为基础，具有高性能的计算能力、优异的互操作性和可扩展性而广泛应用于嵌入式系统。
2、管理平面、控制平面、数据平面、扩展平面实现了spacevpx模块的互连。管理平面提供对基本模块功能的设置和控制。控制平面提供较低速率的数据传输，通常用于任务相关的操作控制和数据。数据平面提供千兆以上的高速数据传输，通常承载载荷数据。扩展平面用作模块之间的单独连接，完成与传统模块的桥接，或者其他特殊需求。
3、高性能计算处理是卫星系统的核心，实现高带宽与高可靠数据处理、人工智能处理、数据存储、数据交换等功能，为多源融合数据处理、网络化数据交互、自主化任务协同等应用需求提供算力硬件平台。基于spacevpx硬件架构的高性能
4、传统的反熔丝fpga无法支持大规模硬件资源的情况下，sram型fpga的大量应用已成为必然趋势。在轨运行期间，根据不同任务阶段对计算处理需求的不同，需要对硬件资源进行在线重构，从而提高设备硬件资源的使用灵活性和利用和高效率，降低维护成本。无论是由单一的fpga构成的处理模块，还是由fpga和各类处理器构成的处理模块，fpga都是设备运行的基础，因此，sram型fpga的在线配置重构技术是实现设备硬件资源重构的基础。尤其是在严酷的空间辐射环境中，一方面sram型的fpga极易受单粒子翻转影响而导致设备功能失效，另一方面任务需求变化或者设备异常时难以维护，需要完善可靠的重构能力。
5、针对spacevpx高性能单机长期在轨服务需求，构建高可靠、低功耗、长期稳定运行的最小安全系统，是实现低等级、高性能处理器正常运行和按需重构的基础。
6、目前，spacevpx硬件架构以及最小安全系统构建方面的专业技术文献相对较少。申请号为cn110166334《基于spacevpx标准的空间信息系统》的专利技术专利公开了由相互通信连接的信息平面、系统管理模块、主控模块、交换模块、功能模块组成的空间信息系统，由系统管理模块和各个功能模块中的底层管理从模块实现各个模块之间的管理策略。申请号为cn114488888《基于spacevpx架构的星载单机双冗余高可靠电源》的专利技术专利申请公开了由电源模块a、电源模块b、spaceum模块a、spaceum模块b、若干主份功能模块、若干备份功能模块、背板和机箱组成的spacevpx架构星载单机，电源模块a、电源模块b互相冗余备份，spaceum模块a、spaceum模块b实现二次电两级选择和通道开关控制，独立输入的a、b组二次电分别分流形成若干独立通道，每个通道有独立的开关控制，spaceum模块a、spaceum模块b分别为主份功能模块和备份功能模块供电，spaceum模块每一个通道支持一个功能模块的供电。申请号为cn114580193《一种支持space vpx架构的抗辐照加固载荷主控设备》的专利技术专利申请公开了由处理器模块和fpga模块组成的主控制器，使用“cots+宇航级+抗辐照加固”思想进行载荷控制单元设计，采用高可靠专用刷新电路jfmrs01rh器件对sram型fpga器件配置寄存器进行定时刷新和重构。
7、在sram型fpga的在线配置重构技术方面研究相对较多，但是针对设备级的重构研究相对较少。申请号为cn104484214《一种sram型fpga的配置、刷新与程序上注一体化系统》的专利技术专利公开了sram型fpga、综合管理反熔丝fpga、配置程序存储芯片prom、在轨升级程序存放芯片eeprom、遥测遥控接口组成的系统，由综合管理fpga实现地面遥控指令接收和系统遥测状态返回、接收sram型fpga程序数据包、解析程序数据包包格式并加入校验码之后写入在轨升级程序存放芯片eeprom、从配置存储芯片prom读数据配置加载和动态刷新sram型fpga、对在轨升级程序存放芯片eeprom的校验回写。申请号为cn114860650《一种多片sram型fpga在轨配置管理装置》的专利技术专利公开了由至少三片nor flash存储芯片、至少两片eeprom存储芯片、至少三片prom存储芯片和一片反熔丝fpga芯片组成的装置，prom预先存储每个sram型fpga芯片所需要的基础更新软件配置位流包，eeprom预先存储每个sram型fpga芯片所需要的待更新的在轨更新软件配置位流包，nor flash存储每个sram型fpga芯片所需要的实时待更新的在轨更新软件配置位流包，反熔丝fpga芯片根据地面站发送的遥控指令，选择一对一、一对多、多对一或多对多的在轨更新方式，以及选择不同的存储芯片，分别读取对应的存储芯片内存存储的配置位流包，并对应地发送至相互组合的多个sram型的fpga芯片。
8、对现有技术进行检索和分析可以发现，存在下述问题：
9、1)针对星载资源受限下的高性能、低等级处理单机，仍以面向任务执行为主进行设计，spacevpx单机设计无法有效支撑从长期健康管理角度构建高可靠、低功耗、细颗粒度的管控模式；
10、2)现有sram型fpga的在线配置管理、更新与重构设计通常针对板卡上的一片fpga或者多片fpga进行外部管控或者自管控，缺少设备级的管控方法、流程设计。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统和设备。
2、根据本专利技术提供的基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统，由公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块、二次电源模块、单机背板和单机机箱组成spacevpx高性能单机，公共管理模块和交换机模块、有效载荷模块之间通过单机背板管理平面连接，公共管理模块通过外接插件与其他单机连接，二次电源模块通过单机背板为公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块提供模块所需二次供电，单机机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，由公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块、二次电源模块、单机背板和单机机箱组成SpaceVPX高性能单机，公共管理模块和交换机模块、有效载荷模块之间通过单机背板管理平面连接，公共管理模块通过外接插件与其他单机连接，二次电源模块通过单机背板为公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块提供模块所需二次供电，单机机箱为所有模块和背板提供机械结构框；
2.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，所述SpaceVPX高性能单机支持单余度、双余度工作模式；所述单余度模式，单机内公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块不进行主备冗余备份；所述双余度模式，单机内公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块进行主备冗余备份；
3.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，公共管理模块中的高可靠FPGA进行管理平面的遥控数据包解析、处理，交换机模块、有效载荷模块中的接口服务与配置管理单元对通过管理平面接收的遥控数据
4.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，SpaceVPX高性能单机上电时，最小安全系统先上电，通过公共管理模块输出交换机模块、有效载荷模块接口服务与配置管理单元采集的健康状态遥测，并确认各模块SRAM型FPGA上电配置的程序码流；通过遥测确认健康状态和程序码流正确后，再根据任务要求控制相应交换机模块、有效载荷模块上电。
5.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，SpaceVPX高性能单机上电工作时，交换机模块、有效载荷模块中的接口服务与配置管理单元通过SPI总线接口从NOR FLASH读出原始程序码流，通过配置接口写入SRAM型FPGA配置存储区；SpaceVPX高性能单机任意SRAM型FPGA程序码流更新、功能重构的过程如下；
6.根据权利要求5所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，交换机模块、有效载荷模块中NOR FLASH所存程序码流回读至公共管理模块大容量非易失存储器，过程如下；
7.根据权利要求6所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，接口服务与配置管理单元具备对内管理平面通信、与交换机模块和有效载荷模块上处理器通信、与交换机模块和有效载荷模块外部其他单机通信的接口，以遥测空间数据包和遥控空间数据包的形式实现任意通信接口之间的双向数据传输。
8.根据权利要求7所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，通过所述接口服务与配置管理单元与交换机模块、有效载荷模块上处理器的通信接口，运行在处理器上的应用软件输出遥测空间数据包、遥控空间数据包，接口服务与配置管理单元将遥测空间数据包、遥控空间数据包经对内管理平面接口和对外其他单机通信接口转发输出；对内管理平面接口和对外其他单机通信接口接收遥测空间数据包、遥控空间数据包，接口服务与配置管理单元将遥测空间数据包、遥控空间数据包经与交换机模块、有效载荷模块上处理器通信接口转发输出。
9.根据权利要求8所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统，其特征在于，通过所述接口服务与配置管理单元与交换机模块、有效载荷模块外部其他单机的通信接口，实现SpaceVPX高性能单机任意SRAM型FPGA程序码流更新、功能重构；通过外部通信接口直接输入NOR FLASH存储器擦除指令、数据程序码流遥控数据包，将程序码流写入相应的NOR FLASH，通过输入目标重构FPGA重加载指令实现FPGA功能重构，或者通过修改FPGA上电配置所存程序码流的NOR FLASH编号后目标模块上电。
10.一种星载电子设备，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的基于管理平面控制的SpaceVPX高性能单机最小安全系统。
...【技术特征摘要】
1.一种基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统，其特征在于，由公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块、二次电源模块、单机背板和单机机箱组成spacevpx高性能单机，公共管理模块和交换机模块、有效载荷模块之间通过单机背板管理平面连接，公共管理模块通过外接插件与其他单机连接，二次电源模块通过单机背板为公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块提供模块所需二次供电，单机机箱为所有模块和背板提供机械结构框；
2.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统，其特征在于，所述spacevpx高性能单机支持单余度、双余度工作模式；所述单余度模式，单机内公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块不进行主备冗余备份；所述双余度模式，单机内公共管理模块、交换机模块、有效载荷模块进行主备冗余备份；
3.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统，其特征在于，公共管理模块中的高可靠fpga进行管理平面的遥控数据包解析、处理，交换机模块、有效载荷模块中的接口服务与配置管理单元对通过管理平面接收的遥控数据包进行解析、处理；若遥控数据包为交换机模块和有效载荷模块sram型fpga的程序码流，则进行单包符合性检查、单包正确性检查、多包顺序性检查、多包正确性检查；若遥控数据包为其他类型遥控，则进行单包符合性检查、单包正确性检查；
4.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统，其特征在于，spacevpx高性能单机上电时，最小安全系统先上电，通过公共管理模块输出交换机模块、有效载荷模块接口服务与配置管理单元采集的健康状态遥测，并确认各模块sram型fpga上电配置的程序码流；通过遥测确认健康状态和程序码流正确后，再根据任务要求控制相应交换机模块、有效载荷模块上电。
5.根据权利要求1所述的基于管理平面控制的spacevpx高性能单机最小安全系统，其特征在于，spacevpx高性能单机上电工作时，交换机模块、有效载荷模块中的接口服务与配置管理单元通过spi总线接口从nor flash读出原始程序码...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴侃侃，周军，李林伟，班勇苗，孙斌，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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