载荷软件可重构的空间自主飞行器内核软件设计方法.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第32卷2015年第4期文章编号：1006—1630(2015)04—0054—05载荷软件可重构的空间自主飞行器内核软件设计方法吕敏k2，张国柱1、2，董晋芳1’2，陈晓强3，曹斌3(I．上海航天控制技术研究所，上海201109；2．上海市空间智能控制技术重点实验室，上海201109；3．上海航天电子技术研究所，上海201109)摘要：基于某空间自主飞行器控制系统嵌入式软件，介绍了可对栽荷软件进行在轨重载的高可靠内核软件设计方法。该内核软件能对多数据源栽荷软件进行配置和运行管理，并可在控制系统最小安全模式下对栽荷软件进行重构，实

2、现了栽荷软件的在轨修复和功能拓展，满足了空间自主飞行嚣的高可靠、高安全和可扩展需求。以SPARCTSC695F处理器星载计算机系统为例分析了该内核软件的实现方法，并已通过了在轨试验验证。关键词：内核软件；在轨编程；软件重构中图分类号：TP311．11文献标志码：ADesignMethodofBIOSwithAbilityofOn-BoardProgrammingLVMinl～，ZHANGGuo—zhul一，DONGJin—fan91～，CHENXiao—qian93，CAOBin3(1．ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechno

3、logy，Shanghai201109，China；2．ShanghaiKeyLaboratoryofSpaceIntelligentControlTechnology，Shanghai201109，China；3．ShanghaiAerospaceElectronicTechnologyInstitute，Shanghai201109，China)Abstract：Basedonsomekernelsoftwareofthecontrolsystemforsomefreedomaerocraft，thesoftwaredesignmethodforon—boardpro

4、grammingmethodwithhighsecuritywasputforwardinthispaper．TheKernelsoftwarecouldconfigureandprocessmultipleloadsoftware．Withtheembeddedcontrolsafemodesoftware，thekernelsoftwarecouldreconfigurethewholeloadsoftwaretorenovatebugorenhancefunctionality，whichsatisfiedthehighsecurityandextendedrequ

5、irement．ThedesignofthekernelwithCPUSPARCTSC695Fwasgivenout，whichwasimplementedonboard．Keywords：Kernelsoftware；On—boardprogramming；Softwarereconfigure0引言飞行器控制系统嵌入式软件一般由内核软件(BIOS软件)和载荷软件两部分组成。B10S软件作为嵌入式系统底层的专用内核软件，与系统硬件资源紧密相关，主要实现上电自检、系统初始化、载荷软件引导等功能；载荷软件实现各种用户应用功能，如空间自主飞行器控制系统复杂的姿态、轨道控制。一

6、方面，单粒子效应等空间环境的影响会对飞行器软件存储器中的代码和数据造成瞬时或永久性的损坏，甚至导致系统瘫痪，因此系统必须具备对载荷软件的远程修复能力；另一方面，通过对载荷软件收稿日期：2015—03—17；修回日期：2015-04—13作者简介：吕敏(1977一)，女，高级工程师，主要从事航天器高可靠嵌入式软件设计。的远程重载，可在轨实现对软件缺陷的修改、系统功能的完善和扩充。内核软件对载荷软件的远程重载成为提高航天器软件的可靠性、可维护性和系统功能可扩充性的一项重要技术途径。目前，多数星载计算机软件以模块为基本替换单位进行在轨编程，需在原始载荷软件中建立子函数地址映射表

7、或在函数人口预留后门，通过修改映射表或后门函数实现模块替换，只能对预先指定的模块实现替换，不能实现任意模块的在轨修改口七]。文献[1]设计的方案仅能实现70个指定模块的在轨编程。文献[3]设计了一种通过内核引导程序选择加载PROM中的基本系统或Flash中的用户程序，预先指定可在轨编程的模块需在链接命令文件中分配固定的装载地址和运行地址，且考虑模块更新后第32卷2015年第4期吕敏，等：载荷软件可重构的空间自主飞行器内核软件设计方法大小发生会变化，需在函数后面人为预留一定的空间余量，多重的约束导致实际操作性不强且对空间资源造成