星載綜合化海量數(shù)據(jù)存儲與回放設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種星載綜合化海量數(shù)據(jù)存儲與回放設(shè)備，屬于星載數(shù)據(jù)采集和存儲領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于我國國土資源有限，難以在國外設(shè)置大量的地面接收站，對于衛(wèi)星在境外的數(shù)據(jù)只能在星上存儲，衛(wèi)星過境時再將數(shù)據(jù)回放，這樣迫切需要一種容量大、存取速度快、體積小、功耗低星載數(shù)據(jù)存儲設(shè)備;又由于航天存儲設(shè)備關(guān)系到空間探測或在軌試驗數(shù)據(jù)能否完整地保存，并可靠到達地面試驗人員的手中，進而決定空間科學任務的完成情況，因而星載存儲系統(tǒng)是航天飛行平臺電子系統(tǒng)的重要組成部分，其性能關(guān)系著航天飛行任務的成敗，隨著技術(shù)與任務需求的發(fā)展與提高，星載存儲系統(tǒng)在完成記錄任務、存儲管理、內(nèi)存回放等功能外，還需要能適應惡劣的空間環(huán)境，對多種海量數(shù)據(jù)源能綜合化存儲與回放的設(shè)備需求更顯迫切。
[0003]傳統(tǒng)的星載存儲系統(tǒng)以各個獨立模塊為基本單元構(gòu)建系統(tǒng)，這種系統(tǒng)多針對特定數(shù)據(jù)類型進行定制化設(shè)計為主，如針對圖像、語音等數(shù)據(jù)進行存儲設(shè)計，不具備統(tǒng)一的、綜合化的存儲設(shè)計理念與思想，并且大多數(shù)存儲設(shè)備沿用航空存儲系統(tǒng)，未考慮空間環(huán)境防護能力，往往造成在惡劣的空間環(huán)境中失效，造成無可挽回的應用與經(jīng)濟損失，且這種系統(tǒng)一旦建成，不具備持續(xù)擴展、升級、成長能力，并且模塊接口以定制化為主，種類繁多，接口速度低，信息接口復雜且不清晰，資源利用率弱，造成容量低、體積大、重量高、功耗大、操作性差、故障環(huán)節(jié)多、價格昂貴等問題，使實際工程型號任務面臨高風險。基于以上的實際工程應用的迫切需求，目前，國內(nèi)外開展了相應的研究，但多針對吉比特容量的衛(wèi)星應用平臺，基本設(shè)計思想以單板甚至單芯片為核心，圍繞單一數(shù)據(jù)類型進行設(shè)計，接口速度與芯片性能受限，難以滿足大型任務的功能指標需求，對大型航天任務不具備指導意義。
[0004]國際上航天領(lǐng)域從20世紀90年代開始研究大容量固態(tài)存儲器，1996年開始投入商業(yè)運用。如VCI公司和美國的JPL實驗室合作，采用DRAM類芯片為NASA的Cassini飛船設(shè)計研制了一款試驗性固態(tài)存儲器，采用4Mbits DRAM設(shè)計了容量為2Gbits的固態(tài)存儲器。與此同時，Hubble太空望遠鏡等也開始逐步用固態(tài)存儲器代替以往安裝使用的磁帶機，使其存儲容量一下躍升至12Gbits，較以往提高近10倍，可靠性也得到較大提高。進入21世紀，第二代大容量固態(tài)存儲器問世。美國仙童公司采用SRAM研制了用于ATHENA遙感衛(wèi)星的固態(tài)存儲板卡。美國F-16戰(zhàn)斗機的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)選用了 SRAM型存儲器，并帶有電池來維持數(shù)據(jù)。2005年發(fā)射的由歐洲Astrium公司制造的CRY0SAT衛(wèi)星，也攜帶了一個基于SRAM的288Gbi ts的固態(tài)存儲器模塊，但以上國外存儲設(shè)備存綜合化數(shù)據(jù)存儲方法有限、儲容量小、不具備統(tǒng)一的大容量存儲管理功能、空間環(huán)境防護手段單一，不能實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源在同一存儲系統(tǒng)中進行記錄與回放，系統(tǒng)構(gòu)成獨立、分散，對高性能、大規(guī)模航天任務的支撐能力有限。
[0005]國內(nèi)方面，申請?zhí)枮?01510180494.0的公開的《一種容量可擴展的星載大容量存儲系統(tǒng)》提出了一種星載大容量存儲系統(tǒng)，但該星載大容量存儲系統(tǒng)無冗余與空間環(huán)境防護設(shè)計，當發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)象時將造成存儲設(shè)備失效，此外該專利申請并未有多類型傳感器的綜合數(shù)據(jù)存儲管與理功能，無法對數(shù)據(jù)的存儲與回讀進行全局性的管理與控制，數(shù)據(jù)存儲與回讀、單粒子效應檢測與恢復功能需依靠各模塊獨立完成，集成度較差，造成中間環(huán)節(jié)過多，故障環(huán)節(jié)增加的問題，另外該專利申請采用MLVDS總線接口進行多模塊間的通信，由于MLVDS接口對模塊與背板走線的苛刻限制，在信號完整性與電氣性能上要求極高，在航天項目中可靠性降低，且該專利申請無綜合化的數(shù)據(jù)存儲設(shè)計，對電子載荷利用率低，因而在大型航天平臺中實際使用受限，工程應用性較差。
[0006]由上可知，從衛(wèi)星的實際應用需求出發(fā)，目前國內(nèi)外星載大容量存儲設(shè)備應用的局限性主要集中在以下幾個方面:
1、缺乏多元數(shù)據(jù)的綜合化存儲管理能力；2、數(shù)據(jù)記錄與回放速率較低;3、存儲容量有限;3、不具備較完整的多種空間環(huán)境防護手段與能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高集成度、低功耗、高可靠，不占用額外硬件資源，具有多元數(shù)據(jù)的綜合化存儲管理能力，數(shù)據(jù)記錄回放速率高，存儲容量大的星載綜合化海量數(shù)據(jù)存儲與回放設(shè)備。以解決現(xiàn)有星載電子存儲設(shè)備接口繁多、功能獨立和擴展性差問題。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種星載綜合化海量數(shù)據(jù)存儲與回放設(shè)備，包括，固定在背板上的綜合數(shù)據(jù)接口模塊、綜合存儲控制模塊、大容量數(shù)據(jù)存儲模塊、二次電源模塊及機箱接插件，其特征在于:采用一塊內(nèi)部電路1:1冗余的FPGA板卡組成二次電源模塊，采用1:1冗余備份的兩塊CPU+FPGA板卡組成綜合數(shù)據(jù)接口模塊，采用1:1冗余備份的兩塊宇航級CPU+FPGA板卡組成綜合存儲控制模塊;綜合數(shù)據(jù)接口模塊通過頻標信號接插件、光纖以太網(wǎng)接插件與綜合數(shù)管計算機進行時間姿態(tài)數(shù)據(jù)及管控信息交互，通過光纖綜合數(shù)據(jù)接插件與圖像傳感器、微波孔徑、有效載荷進行綜合化數(shù)據(jù)傳輸，在統(tǒng)一的協(xié)議控制下，將圖像傳感器、微波孔徑與載荷數(shù)據(jù)源進行綜合化預處理與存儲;綜合存儲控制模塊提供更新存儲設(shè)備各模塊的現(xiàn)場可編程門陣列與處理器的配置文件，對存儲設(shè)備開關(guān)機OC指令進行控制、故障監(jiān)測和動態(tài)刷新;大容量數(shù)據(jù)存儲模塊分別與CAN接口單元、板卡配置單元、數(shù)據(jù)預處理單元、高速接口單元連接的現(xiàn)場可編程門陣列連接;其中，現(xiàn)場可編程門陣列通過CAN接口單元接收綜合存儲控制模塊發(fā)送的控制指令，并向綜合存儲控制模塊上報健康、狀態(tài)與故障信息，通過板卡配置單元接收綜合存儲控制模塊中的全局配置單元發(fā)送的程序加載與故障刷新數(shù)據(jù)，通過高速接口單元接收來自綜合數(shù)據(jù)接口模塊的綜合數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)預處理單元實現(xiàn)ECC編解碼、均衡算法和壞塊剔除，將數(shù)據(jù)存儲至固態(tài)存儲器陣列中，綜合數(shù)據(jù)接口模塊內(nèi)置的現(xiàn)場可編程門陣列中的數(shù)據(jù)預處理單元自定義協(xié)議，分別對圖像傳感器、微波孔徑與衛(wèi)星內(nèi)有效載荷輸出的16位寬度原始數(shù)據(jù)進行緩存、重新排列、填充數(shù)據(jù)位和打包操作，并輸出64位寬度綜合數(shù)據(jù)至大容量數(shù)據(jù)存儲模塊中的高速接口單元2進行存儲。
[0009]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0010]本發(fā)明針對航天技術(shù)與特殊應用領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域存儲設(shè)備的整體設(shè)計，改變了傳統(tǒng)星載存儲系統(tǒng)以各個獨立模塊為基本單元構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)計方法與思路，采用多元數(shù)據(jù)綜合化存儲體系，設(shè)計出一種星載綜合化海量數(shù)據(jù)存儲與回放設(shè)備，其優(yōu)點體現(xiàn)為:
高集成度、低功耗、高可靠，不占用額外硬件資源。本發(fā)明采用1:1冗余備份的兩塊FPGA板卡組成大容量數(shù)據(jù)存儲模塊模塊;采用一塊內(nèi)部電路1:1冗余的FPGA板卡組成二次電源模塊，采用I: I冗余備份的兩塊CPU+FPGA板卡組成綜合數(shù)據(jù)接口模塊，采用1:1冗余備份的兩塊宇航級CPU+FPGA板卡組成綜合存儲控制模塊;CPU使用板上FPGA的內(nèi)部資源實現(xiàn)，不占用額外硬件資源。基于模塊化設(shè)計的理念，降低了裝配與接口適配難度，減少了中間環(huán)節(jié)，提高了可靠性，降低工程風險。采用Space VPX板卡加固機箱，實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)綜合化記錄與回放設(shè)計，降低了模塊數(shù)量，減少了設(shè)備數(shù)量與冗余接口，滿足空間復雜應用環(huán)境和各種實驗條件，同時具有高集成度、低功耗、高可靠、強擴展性的特點。
[0011]具有多元數(shù)據(jù)的綜合化存儲管理能力。本發(fā)明綜合數(shù)據(jù)接口模塊通過頻標信號接插件、光纖以太網(wǎng)接插件與綜合數(shù)管計算機進行時間姿態(tài)數(shù)據(jù)及管控信息交互，通過光纖綜合數(shù)據(jù)接插件與圖像傳感器、微波孔徑、有效載荷進行綜合化數(shù)據(jù)傳輸，在統(tǒng)一的協(xié)議控制下，將圖像傳感器、微波孔徑與載荷數(shù)據(jù)源進行綜合化預處理與存儲，提高載荷利用率與標準化程度;具有多元數(shù)據(jù)的綜合化存儲管理能力。
[0012]數(shù)據(jù)記錄回放速率高。綜合數(shù)據(jù)接口模塊內(nèi)置的現(xiàn)場可編程門陣列中的數(shù)據(jù)預處理單元自定義協(xié)議，分別對圖像傳感器、微波孔徑與衛(wèi)星內(nèi)有效載荷輸出的16位寬度原始數(shù)據(jù)進行緩存、重新排列、填充數(shù)據(jù)位和