皮纳卫星数据存储系统设计与在轨验证.pdf

第５０卷　 第２期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ５０ Ｎｏ２ 　 　 ２０ １８年２月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｆｅｂ． ２０１８ ＤＯＩ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１７０６１７６ 　 　 　 　 　 　 皮纳卫星数据存储系统设计与在轨验证 １，２ １，２ １ 刘光辉 ，周　 军 ，孙　 菲 （１．西北工业大学 航天学院，西安 ７１００７２；２．陕西省微小卫星工程实验室（西北工业大学），西安 ７１００７２） ＋ 摘　 要：为提高皮纳卫星数据存储系统性能和可靠性，提出了一种基于３种介质的“三级数据存储 三模容错架构”存储系统 策略．首先，基于对星载存储介质的现状和故障特性分析，选择存储器件；然后对文件系统操作流程进行详细研究，提出错误来 源；由此提出了采用ＥＣＣ 纠错、冗余备份和电流保护的方法提高系统可靠性；提前预分配文件空间，建立环形数据存储结构， 以减少ＦＳ操作复杂性，降低错误率；结合ＲＡＭ、ＦＲＡＭ、ＳＤ卡（ｓｅｃｕｒｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｒｄ，ＳＤＣ）三者的优点，采用三级数据存储策略来 提高存储速度和故障容错能力；最后，通过地面实验测试，在１ＭＢ 总数量时，数据写入速度提高约４．７倍，任一ＳＤＣ异常或者 系统突然断电均不影响系统正常工作，数据丢失≤１帧，故障切换时间≤１０ ｍｓ．卫星在轨运行过程中，ＦＳ、文件和介质均工作正 常，且未影响其他系统工作．地面实验和在轨验证结果表明，数据存储系统方案有效可行，系统可靠性和读写性能均能满足卫 星系统的任务需求． 关键词：皮纳卫星；数据存储；ＳＤ卡；文件系统；三级缓存 － － － 中图分类号：Ｖ４４６．９ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１８）０２ ０１７８ ０６ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｎ⁃ｏｒｂｉｔ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｎａｎｏ⁃ｐｉｃｏ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ １，２ １，２ １ ＬＩＵ Ｇｕａｎｇｈｕｉ ，ＺＨＯＵＪｕｎ ，ＳＵＮ Ｆｅｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａａｎｘｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｓａｔｅｌｌｉｔｅ（Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｂａｓｅｄｏｎ “ｔｈｒｅｅ⁃ｌｅｖｅｌ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｈｒｅｅ⁃ｍｏｄｅｆａｕｌｔ⁃ｔｏｌｅｒａｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ” ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｎａｎｏ⁃ｐｉｃｏ ｓａｔｅｌｌｉ