小卫星星务计算机系统通信总线的研究与实现 .pdfVIP

小卫星星务计算机系统通信总线的研究与实现--第1页

小卫星星务计算机系统通信总线的研究与实现

唐心悦、曲峰、崔刚、杨孝宗

（哈尔滨工业大学体系结构教研室）

摘要：20世纪90年代以来随着电子与通讯技术的发展及小卫星的实用化，小卫星星务计算

机系统通信总线面临了一系列新要求。而目前在这一领域应用的几种串行通信总线都显得力

不从心。本文在介绍了CAN（ControllerAreaNetwork）总线之后提出了一个基于CAN的小

卫星星务计算机双冗余系统通信总线设计方案。并在安装了CAN总线接口卡的多机系统上

进行了一系列试验，验证了基于CAN的双冗余总线设计方案的可行性。

关键词：小卫星、星务计算机、通信总线、CAN总线

分类号：TP302.8

从1957年世界上发射第一颗卫星以后，由于卫星从论证到实施的漫长周期

和高昂的研制、生产费用，卫星随着技术的发展变得庞大而且非常昂贵。80年

代开始，微电子技术的发展使得在短期内制造小而价廉的卫星成为可能，各国可

以通过发射小卫星来试验新的空间技术，并且空间技术由军事化逐渐向商业化发

展并进入了九十年代的应用和全面发展阶段。时至今日，小卫星的应用越来越广

[1]

泛，如：科学探测研究、对地观测、军事、通信、商业等等领域。这同时也对

小卫星的系统设计提出了前所未有的各种新要求。“小卫星”已不单单是传统意

义上的“体积小、重量轻”的概念，它还包含了新的设计概念、技术途径与工程

组织方法，应该具有小巧、灵活、高智能化和强大的功能等特性，还要具有高密

[2]

度、高可靠性、低成本和短研制周期等优点。

从星务计算机系统通信总线（以后简称系统总线）的角度来讲：一方面随着

小卫星执行了更多的任务和各种智能芯片纷纷嵌入到航天计算机的各个子系统

中替代传统电路，小卫星上外部数据设备越来越多。系统总线上的数据通信量越

来越大，系统总线的通信能力和容错能力显得越来越重要。另一方面，如此多的

微处理器的使用使得星务计算机系统的下位机数量前所未有的多这。也让我们有

必要重新考虑星务计算机的系统结构的设计问题——究竟什么样的体系结构更

能适应目前的星务计算机，这样的体系结构需要什么样的系统总线。

1.对目前航天常用现场系统总线的分析对比

目前在航空航天领域应用的系统总线主要是RS-485,BITBUS,1553B等串行

总线，但无论是在总线的选取上还是在对系统总线的设计上都还存在着诸多问题

有待解决。

1.1RS-485总线

RS-485是一种串行通信总线，在工业控制中曾经应用很广，在航天领域也

有过应用（如：SJ-5卫星）。经过对RS-485总线的研究我们发现该总线无法适应

1

唐心悦，男1979年生，硕士生；哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院（150001）

曲峰，男1978年生，博士生；哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院（150001）

*国家八六三计划支持，哈工大校基金支持

小卫星星务计算机系统通信总线的研究与实现--第1页

小卫星星务计算机系统通信总线的研究与实现--第2页

目前微小卫星对系统总线的需求，主要原因如下：首先，该总线是主从结构、命

/

令响应通讯方式。这使得除控制节点外其余节点只能在控制节点的查询下工作，