星務(wù)中心計(jì)算機(jī)是微小衛(wèi)星電子系統(tǒng)的核心部件之一，本文介紹的星務(wù)中心計(jì)算機(jī)是由雙tsc695f處理器加外圍功能模塊實(shí)現(xiàn)的，它的主要作用是診斷整星狀態(tài)、安排整星任務(wù)的運(yùn)行和調(diào)度，使衛(wèi)星能正常的運(yùn)行。

　　另外，為了減少地面干預(yù)次數(shù)和增強(qiáng)衛(wèi)星在軌生存能力，要求衛(wèi)星具有高度的自主性，這也依賴于星務(wù)中心計(jì)算機(jī)的調(diào)度能力。因此，要求星務(wù)中心計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)、能應(yīng)付各種惡劣環(huán)境、并具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，即能在線檢測現(xiàn)場并自主實(shí)施決策處理。宇航計(jì)算機(jī)芯片是微小衛(wèi)星整星電子系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的組成部分，由于一旦進(jìn)入太空，空間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就具有不可修復(fù)性，這就要求系統(tǒng)有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力，即使在故障條件下，還能正常工作。

　　系統(tǒng)總體方案

　　星務(wù)中心計(jì)算機(jī)采用模塊級(jí)冗余技術(shù)來增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，內(nèi)部主要的電路模塊均采取雙冗余設(shè)計(jì)，如cpu模塊（雙tsc695f）、can總線模塊、usb總線模塊、遙測輸出通道模塊、遙控輸入通道模塊等。當(dāng)前正在運(yùn)行的電路模塊發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)通過容錯(cuò)電路自動(dòng)切換或由地面控制切換到另一個(gè)備份的電路模塊，繼續(xù)當(dāng)前電路模塊的工作，而發(fā)生故障的電路模塊則由地面根據(jù)其遙測狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷其故障并采取相應(yīng)的措施。cpu模塊可采用雙tsc695f抗輻照cpu，其工作頻率最高可達(dá)50mhz，是一款比較適合航天領(lǐng)域應(yīng)用的cpu，系統(tǒng)原理框圖　　

　　a機(jī)和b機(jī)有各自的最小系統(tǒng)電路，即有獨(dú)立的sram和flash等，不會(huì)互相影響。同時(shí)，a機(jī)和b機(jī)共享外圍io設(shè)備，這是通過pld1和pld2來實(shí)現(xiàn)的。在pld1和pld2中，主要實(shí)現(xiàn)各功能io外設(shè)總線的切換，因?yàn)樗衖o外設(shè)的數(shù)據(jù)、地址以及控制總線都是由fpga實(shí)現(xiàn)。這樣，通過pld1或pld2，就可以把總線1和總線2上的io外設(shè)掛在a機(jī)上運(yùn)行或是掛在b機(jī)上運(yùn)行了，從而實(shí)現(xiàn)功能部件的容錯(cuò)。而系統(tǒng)級(jí)的容錯(cuò)主要是靠系統(tǒng)仲裁模塊來控制的，在這里的系統(tǒng)仲裁模塊是采用高可靠性的宇航級(jí)pld來實(shí)現(xiàn)的，該pld要實(shí)現(xiàn)的功能相對簡單，邏輯清楚，主要接收雙機(jī)的看門狗信號(hào)和心跳信號(hào)，同時(shí)輸出雙機(jī)系統(tǒng)復(fù)位以及關(guān)雙機(jī)電源信號(hào)的功能，從而實(shí)現(xiàn)雙機(jī)系統(tǒng)自主容錯(cuò)功能。

　　本設(shè)計(jì)采用了由歐洲宇航局設(shè)計(jì)、法國temic公司生產(chǎn)的專門應(yīng)用于宇航工業(yè)的32位risc抗輻照處理器芯片tsc695f。其特點(diǎn)包括：速度更高、功耗低于1.5w；抗輻照能力強(qiáng)；內(nèi)置一個(gè)片上調(diào)試器(ocd)，用于在軟件開發(fā)和校驗(yàn)期間的非侵入程序執(zhí)行控制；內(nèi)部集成了內(nèi)部/外部總線奇偶校驗(yàn)和外部總線edac糾錯(cuò)檢錯(cuò)以支持容錯(cuò)功能。

　　tsc695f的標(biāo)準(zhǔn)版本能夠提供高達(dá)20mips的速度，具有抗單粒子干擾能力和超過300krad的總輻照劑量耐受力，能夠滿足我國衛(wèi)星應(yīng)用需求。

　　硬件接口設(shè)計(jì)

　　tsc695f是整個(gè)星務(wù)中心計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，控制系統(tǒng)所有的電路，以下分別介紹各功能電路模塊的設(shè)計(jì)。

　　1 存儲(chǔ)器接口

　　為了滿足系統(tǒng)復(fù)雜的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求，提供了兩片512k×16位的sram，總計(jì)2mb，為運(yùn)行rtems實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了豐富的存儲(chǔ)資源。另外采用4mb flash作為程序存儲(chǔ)區(qū)。以上所有的存儲(chǔ)器電路均帶有edac功能，通過tsc695f自身的edac功能，對存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測和糾錯(cuò)。

　　2 can總線接口

　　can總線接口電路主要由can總線控制器、收發(fā)器和高速隔離光耦組成，can總線控制器采用的是sja1000，是can總線接口電路的核心，主要完成can總線的通信協(xié)議，而can總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾（rfi），實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等，訪問can總線是通過tsc695f的i/o空間實(shí)現(xiàn)，地址邏輯譯碼由fpga實(shí)現(xiàn)。can總線接口電路如圖2所示。

　　3 usb總線接口

　　usb總線控制器采用isp1160，該芯片支持usb 2.0協(xié)議，支持全速和低速兩種速度模式，提供兩個(gè)usb主下行端口，支持控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和同步傳輸四種傳輸模式，速度最高可達(dá)12mb/s，訪問usb總線的地址空間是通過訪問tsc695f的io空間實(shí)現(xiàn)的，地址的邏輯譯碼由fpga實(shí)現(xiàn)。usb總線接口電路原理圖如圖3所示。

　　4 rs422總線接口

　　rs422總線接口電路由串口和rs422電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，串口的功能由fpga實(shí)現(xiàn)，帶16b fifo，波特率有115 200/38 400/9600多種選擇；rs422總線電平轉(zhuǎn)換芯片采用max488mja，為了提高抗干擾能力，采用了隔離電源，電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊b0509ls-1w實(shí)現(xiàn)，雖然增加了節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜程序，但是卻提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。rs422總線接口電路原理如圖4所示。

　　容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)

　　容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)容錯(cuò)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，容錯(cuò)電路要求簡潔、可靠，容錯(cuò)措施包括以下幾部分。

　　1 edac容錯(cuò)

　　利用tsc695f自身的edac功能，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存或總線的edac，從而達(dá)到對內(nèi)存和總線的一位或兩位錯(cuò)誤的糾正和檢測。

　　2 看門狗檢測