基于ARM的高性能星載容錯計算機系統

　　引言

　　本文對基于ARM處理器的高性能星載容錯計算機系統進行了方案研究和論證，該系統應用于北京航空航天大學在研的學生小衛星。該小衛星設計壽命1個月，用于實現新概念微小衛星平臺在軌實驗、驗證重力梯度桿技術和空間成像技術。項目分為星載計算機、姿態測量、軌道測量、有效載荷、電源、空間展開機構、結構和地面站八個分系統。根據總體任務要求，星上電子系統采用一體化設計，需要完成任務總體提出的各項功能，并滿足體積、功耗、可靠性和成本等指標。由于低成本的要求，星上的多種設備和器件將選用商業器件，并需要適應空間帶電粒子、電磁輻射、真空和高低溫等復雜環境。

　　硬件設計方案

　　星上電子系統采用一體化的設計方案，星上各個模塊化的用電設備如GPS接收機、磁強計、收發機等均由星載計算機模塊進行集中的數據和電源管理。星載計算機分系統包括仲裁電路模塊和兩個完全相同的互為備份的星載計算機模塊，由仲裁電路判定當前兩臺星載計算機的工作狀態并分配控制權。星上軟件能夠進行自主的星務管理，周期性地采集、分析和發送星上的狀態數據，具有故障分析和處理能力。

　　在本系統中選取LPC2478作為星載計算機模塊的處理器，該嵌入式處理器具有運算速度快、工作溫度寬、片上資源豐富、低功耗和低成本等優點，滿足項目的各項需求。

　　基于LPC2478的星載計算機功能模塊

　　星載計算機主要完成星上的數據管理和設備的控制任務，是整個星上電子系統的核心。本系統充分利用LPC2478的片上資源，應用較少的外圍電路擴展了處理器與設備之間的數據通訊接口，大大地減化了系統的復雜度，降低了功耗和成本。星載計算機系統的硬件功能結構及實現方式見圖1。

　　本系統利用LPC2478的EMC接口擴展了片外的1MB SRAM、2MB FLASH、64KB EEPROM，可以存儲引導代碼、程序代碼和狀態數據等，并能實現在軌重新注入軟件的功能;利用LPC2478的片上資源擴展了各種外部總線接口，分別與各個外部設備連接，并構成了星上的多結點CAN網絡。